大葉片為新型芯材帶來更多機(jī)會(huì)

    WebCore技術(shù)公司業(yè)務(wù)發(fā)展部副總裁Rob Banerjee博士在本文討論了新型芯材如何幫助風(fēng)機(jī)葉片制造商優(yōu)化他們的設(shè)計(jì)。 

    清潔無污染的風(fēng)能正推動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)向更大更高功率的方向發(fā)展。美國風(fēng)能協(xié)會(huì)的一份最新報(bào)告指出，風(fēng)機(jī)向大型化發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力是經(jīng)濟(jì)性：更高的風(fēng)機(jī)和更長的葉片以及更大的掃風(fēng)面積可以產(chǎn)生更多的能量，每千瓦時(shí)的成本也更低。更大的風(fēng)機(jī)還能捕獲較低速的風(fēng)，使風(fēng)電更加靠近居民中心。
    但更高的功率并不是更長更大有時(shí)是更重的風(fēng)機(jī)葉片的唯一訴求。客戶也希望風(fēng)機(jī)具有更長的壽命周期（最長25年），而且保養(yǎng)要盡量少，特別是對(duì)于海上和偏遠(yuǎn)地區(qū)的風(fēng)機(jī)，尤其要求如此。
對(duì)于芯材供應(yīng)商來說，例如位于美國俄亥俄州Miamisburg的WebCore技術(shù)公司，更加嚴(yán)格的產(chǎn)品規(guī)范和針對(duì)大型葉片的設(shè)計(jì)概念的日益增多，意味著新型夾心材料有著更好的發(fā)展機(jī)遇。 

更嚴(yán)格的產(chǎn)品規(guī)范和更大型葉片設(shè)計(jì)的頻繁出現(xiàn)為
新型芯材提供了更好的機(jī)遇。
 

    TYCOR ® W是WebCore公司的一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料芯材，彌補(bǔ)了輕木和聚氯乙烯(PVC)泡沫芯材的缺陷，滿足了風(fēng)機(jī)葉片制造商對(duì)于成本、重量、供應(yīng)、質(zhì)量和一致性的需求。
    TYCOR W的結(jié)構(gòu)由玻璃纖維和閉孔低密度泡沫組成，已經(jīng)在風(fēng)能行業(yè)使用了兩年的時(shí)間。一家葉片制造商用該芯材取代輕木，以45米長的葉片為例，每根葉片的重量可以減輕325磅。葉片制造商還發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料芯材還具有傳統(tǒng)芯材不具備的其他優(yōu)勢(shì)，例如：
　　設(shè)計(jì)的優(yōu)化；
　　通過與芯材裝配商合作優(yōu)化葉片的生產(chǎn)；
　　改善灌注過程；
　　所用芯材的數(shù)量更少，面積更大 ；
　　芯材間隙的減少提高了葉片的均勻性。
　　芯材的選擇
    隨著葉片變得越來越大，市場(chǎng)競爭加劇，葉片制造商正通過優(yōu)化他們的設(shè)計(jì)來保持競爭優(yōu)勢(shì)。
   “葉片設(shè)計(jì)者和生產(chǎn)商可以通過去除多余的材料，并評(píng)估哪些材料可以在葉片的不同部位發(fā)揮最大功用，來優(yōu)化成本和重量。” WebCore公司銷售工程總監(jiān)Scott Campbell說。“但是對(duì)于材料——樹脂、層壓材料和芯材的性能必須非常了解。”
    對(duì)于需要高強(qiáng)度芯材的葉片根部附近，輕木是一種良好的候選材料。但是，在生產(chǎn)大型葉片時(shí)，輕木的可變性會(huì)限制設(shè)計(jì)工程師進(jìn)行優(yōu)化。因?yàn)檩p木是一種天然生長的木制品，用于生產(chǎn)輕木芯材的不同木頭之間，其密度、強(qiáng)度和硬度變化是非常大的。即使精心挑選的密度大致相同的木頭之間，芯材的特性也有巨大的差別。 

TYCOR W由玻纖和閉孔的低密度泡沫組成。

    不同輕木制品之間的強(qiáng)度和硬度的差別很大。也就是說葉片設(shè)計(jì)者必須確保輕木具有足夠的結(jié)構(gòu)性能。這種木質(zhì)產(chǎn)品還會(huì)吸收水分導(dǎo)致尺寸變化。
    TYCOR W是由合成材料制成的工程復(fù)合材料芯材，與輕木相比，其性能的一致性高得多。機(jī)械性能試驗(yàn)表明，不同樣品內(nèi)之間的差別不是很大。因?yàn)門YCOR W性能的很大一部分可以在設(shè)計(jì)過程中得以發(fā)揮，因此非常容易進(jìn)行優(yōu)化，從而得到更加有效的葉片設(shè)計(jì)。
結(jié)構(gòu)泡沫，例如苯乙烯-丙烯腈(SAN)和PVC比輕木輕，一致性高，但承受的載荷較低，價(jià)格也更貴。若低密度泡沫要達(dá)到與輕木相同的強(qiáng)度和硬度，厚度要達(dá)到輕木的兩倍。由于這些因素，泡沫更適合用在葉片的低應(yīng)力區(qū)域，即中點(diǎn)到葉片的部分。
    聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)泡沫是一種較新的泡沫芯材，比PVC泡沫性價(jià)比更高，但是比相同重量的PVC泡沫的強(qiáng)度和硬度要低。由于PET比大多數(shù)結(jié)構(gòu)泡沫要重，它不能顯著減輕重量。而且由于其價(jià)格具有優(yōu)勢(shì)，比輕木的一致性好，在風(fēng)能行業(yè)正逐漸獲得認(rèn)可。
    WebCore注意到，制造商對(duì)于大型葉片生產(chǎn)的需求逐漸增多，共提供四種標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)的TYCOR W產(chǎn)品，為設(shè)計(jì)者和制造商優(yōu)化葉片的設(shè)計(jì)提供了自由度，而且這種材料能夠應(yīng)用在整個(gè)葉片中。
    例如，TYCOR W 4已被用于葉片高強(qiáng)度區(qū)域或葉根附近，且性能表現(xiàn)良好，具有較輕的重量、較高的成本效益，可以取代相同厚度的天然輕木產(chǎn)品。TYCOR W 1和2比SAN和PVC泡沫更加具有成本效益，同時(shí)保持了高度的一致性和較輕的重量，這些特性在葉片中部和葉尖部分的低強(qiáng)度芯材中也有體現(xiàn)。

　　進(jìn)一步的優(yōu)化
　　芯材的正確裝配也有助于葉片設(shè)計(jì)的優(yōu)化。通過與工具商緊密合作，WebCore公司可以改變其復(fù)合材料芯材的片材尺寸，同時(shí)可以將裝配速率提高10%之多。
　　芯材還可以影響樹脂的消耗量：樹脂的成本和最終灌注而成的風(fēng)機(jī)葉片的重量。輕木、SAN和PVC通常會(huì)被劃傷或切斷以有效控制樹脂的流動(dòng)，確保樹脂的浸漬。 
　　 TYCOR W固有的可浸透的內(nèi)部纖維結(jié)構(gòu)和微小的泡沫蜂窩尺寸使得樹脂的浸透變得容易，而且可控，也不會(huì)增加寄生樹脂的吸收。