Исследования

Исследование базальтовых волокон в композитных лопастях ветряных турбин методом конечных элементов

Ветроэнергетика является вторым по величине растущим сектором возобновляемой энергии с годовым темпом роста 34%. 2009 год показал, что по сравнению с фотоэлектрической, геотермальной и гидроэнергетикой ветроэнергетика осуществляет наименьшую относительную эмиссию парниковых газов и наименьшее потребление воды. Ожидается, что к 2030 году, по крайней мере, 20% потребностей Соединенных Штатов в энергии будут удовлетворены ветряными электростанциями. Для достижения таких показателей в течение следующих 15 лет требуется как значительное увеличение количества установок ветряных турбин, так и повышение их производительности.

Уникальная методика проведения анализа горных пород базальтового состава на пригодность для производства непрерывного базальтового волокна (НБВ) с проведением лабораторной и опытно-промышленной плавки сырья.

Реклама

Использование композитных материалов в лопастях ветряных турбин приобрело популярность, и оно представляет собой жизнеспособную альтернативу для конструкции лопастей, обусловленных меньшим весом, высоким коэффициентом жесткости и хорошей устойчивостью к нагрузкам. Жесткость композитного материала определяется жесткостью его волокон и их объемным содержанием. Как правило, E-стекло используется в качестве основного армирующего элемента в композитах. С увеличением объемного содержания волокон в однонаправленных композитах жесткость, прочность на растяжение и прочность на сжатие увеличиваются пропорционально, однако при высоком объемном содержании волокон (более 65%) могут попадаться сухие участки без смолы между волокнами, что приводит к снижению прочности. Разработка волокон, которые будут прочнее, чем волокна из E-стекла, была предметом многочисленных исследований, например, S-стекло (разработанное в 1960-х годах) демонстрирует на 40% более высокую прочность на растяжение и изгиб и примерно на 20% более высокую прочность на сжатие, но оно намного дороже, чем E-стекло. S2-glass — это коммерческая версия S-стекла с теми же компонентами, но с разной калибровкой и процедурой сертификации, но тем не менее в разы дороже, чем у E-стекло. Углеродные волокна считаются многообещающей альтернативой стеклянным волокнам и обладают гораздо более высокой жесткостью и меньшей плотностью, что позволяет изготавливать более тонкие, жесткие и более легкие лопасти. Однако они имеют относительно низкую устойчивость к повреждениям, прочность на сжатие и предельное напряжение и чувствительны к перекосу и волнистости волокна, что приводит к сильному снижению прочности на сжатие и усталость. Из-за высокой себестоимости производства углеродных волокон, в ближайшее время сложно говорить о его массовом применении. Поскольку 87% мирового рынка композитных материалов основаны на композитах из E-стекла, есть перспектива исследовать новые, недорогие материалы.

В настоящее время углеродные и стеклянные волокна в основном используются для производства гибридных лопастей, и лишь немногие исследования касаются использования других волокон, таких как базальтовые волокна, в качестве армирующих материалов на эпоксидных матрицах. С момента своего открытия базальтовое волокно в основном использовалось для продукции ВПК, в таких областях как изготовление легких и прочных материалов для применения в противоракетной и аэрокосмической промышленности.

Это исследование позволяет оценить применение новых материалов в небольших ветряных турбинах, сравнивая базальтовое и E-стекловолокно в эпоксидной матрице, тем самым подтверждая целесообразность исследования новых материалов (кроме E-стекла), чтобы снизить производственные затраты. Поскольку базальтовые волокна представляют собой большие перспективы применения, здесь мы опишем сравнительное моделирование с помощью анализа методом конечных элементов, чтобы определить, может ли базальтовое волокно заменить E-стеклянные композиты в лопастях ветряных турбин.

Полный текст исследования на английском языке вы найдете в приложении.

  • V. Garcı´a, Universidad Auto´noma de Baja California, Facultad de Ingenier´ıa Mexicali, Blvd. Benito Jua´rez S/N Unidad Universitaria, 21280 Mexicali, BCN, Mexico
  • L. Vargas, Universidad Auto´noma de Baja California, Facultad de Ingenier´ıa Mexicali, Blvd. Benito Jua´rez S/N Unidad Universitaria, 21280 Mexicali, BCN, Mexico
  • A. Acuña, Universidad Auto´noma de Baja California, Facultad de Ingenier´ıa Mexicali, Blvd. Benito Jua´rez S/N Unidad Universitaria, 21280 Mexicali, BCN, Mexico
  • J. B. Sosa, Universidad Auto´noma de Baja California, Facultad de Ingenier´ıa Mexicali, Blvd. Benito Jua´rez S/N Unidad Universitaria, 21280 Mexicali, BCN, Mexico
  • E. Durazo, Universidad Auto´noma de Baja California, Facultad de Ingenier´ıa Mexicali, Blvd. Benito Jua´rez S/N Unidad Universitaria, 21280 Mexicali, BCN, Mexico
  • R. Ballesteros, Universidad Auto´noma de Baja California, Facultad de Ingenier´ıa Mexicali, Blvd. Benito Jua´rez S/N Unidad Universitaria, 21280 Mexicali, BCN, Mexico
  • J. Ocampo, Universidad Auto´noma de Baja California, Facultad de Ingenier´ıa Mexicali, Blvd. Benito Jua´rez S/N Unidad Universitaria, 21280 Mexicali, BCN, Mexico

Страны: Мексика

Отрасли: Энергетика

Метки: Ветряные турбины, Лопасти, Турбина

Back to top button
Close
X