摘要:本论文介绍了风力涡轮机叶片材料(E 玻璃和聚酯树脂)子结构测试的开发,以及从该测试程序中获得的初步实验结果。密歇根州立大学正在进行的研究已经建立了转子叶片材料疲劳响应的基线数据,使用试样几何形状对 10^8 个应力循环进行测试。子结构测试的必要性基于公认的工程程序,即逐步扩大规模以进行全尺寸测试。对于复合材料风力涡轮机叶片,这种方法的必要性源于缺乏针对风力涡轮机预期寿命的动态结构设计经验,在 30 年的使用寿命中接近 10^9 个疲劳循环,并且缺乏在这种循环水平上使用 E 玻璃复合材料的经验。
支持 FAA AVS 复合计划的关键举措:1)持续运行安全 (COS) A:粘合结构;2)认证效率 (CE) E:粘合结构指导;3)劳动力教育 (WE) B:复合结构技术
支持 FAA AVS 复合计划的关键举措:1)持续运行安全 (COS) A:粘合结构;2)认证效率 (CE) E:粘合结构指导;3)劳动力教育 (WE) B:复合结构技术
本研究使用有限元分析 (FEA) 对涡轮叶片进行全面的热分析和静态分析,以评估两种先进材料的性能:钛合金 (Ti-6Al-4V) 和 Inconel 625。涡轮叶片使用 SolidWorks 建模,并在典型操作条件下使用 ANSYS 进行分析,以评估应力分布、变形、温度梯度和热通量等参数。钛合金 (Ti-6Al-4V) 以其重量轻和出色的强度重量比而闻名,使其成为需要减轻质量的应用的理想选择。相比之下,镍基超级合金 Inconel 625 具有出色的热稳定性、抗氧化性和高温下出色的机械性能。结果强调了这些材料之间的权衡:钛合金在中等温度下表现出更轻的重量和良好的机械性能,而 Inconel 625 在高温环境中表现出色,具有更好的抗热应力和变形能力。这项比较研究为涡轮叶片的材料选择提供了宝贵的见解,从而优化了其在高应力、高温应用中的性能和耐用性。
本报告是作为美国政府机构赞助的工作的说明而编写的。美国政府及其任何机构或其任何雇员均不对所披露的任何信息、设备、产品或流程的准确性、完整性或实用性做任何明示或暗示的保证,也不承担任何法律责任或义务,也不表示其使用不会侵犯私有权利。本文以商品名、商标、制造商或其他方式提及任何特定商业产品、流程或服务并不一定构成或暗示美国政府或其任何机构对其的认可、推荐或支持。本文表达的作者的观点和意见不一定代表或反映美国政府或其任何机构的观点和意见。
项目摘要:• 挑战在于为风电行业开发更长、更轻、更低成本的风力涡轮机叶片,以降低平准化能源成本 (LCOE) 并增加部署。• 该项目使用最先进的先进制造技术应对这一挑战。• 该项目专注于利用 3D 打印技术和拓扑优化来开发 13 米叶片的大型 3D 打印叶片芯结构。• 该项目将利用尖端研究和新兴技术来开发具有航空蜂窝性能和轻木成本的 3D 打印叶片芯。• 该项目由 NREL 的一支世界级科学家和研究人员团队组成,他们在叶片设计方面拥有专业知识,ORNL 在大型增材制造方面拥有专业知识。
在过去的几十年中,风能发展迅速,目前是最有前途和经济可行的能源之一[2]。欧盟委员会的《2050 年能源路线图》指出,将增加对可再生能源技术的投资。预计到 2050 年,风力发电将比任何其他可再生能源技术提供更多的电力[3]。风力涡轮机主要可分为两大类:水平轴风力涡轮机 (HAWT) 和垂直轴风力涡轮机 (VAWT)。VAWT 类型似乎比 HAWT 更古老 [4],但在风能行业,HAWT 类型更受欢迎,主要是因为产生的能量更多 [5]。随着人们对风能的兴趣日益高涨,VAWT 被认为是浮动海上风力涡轮机概念 [6] 和家庭用电中 HAWT 的潜在替代品。随着两种主要涡轮机类型 Darrieus 和 Savonius 垂直涡轮机的发明[4],人们对 VAWT 的兴趣日益增加。图 1 展示了 Darrieus 和 Savonius 风力涡轮机以及 Darrieus 涡轮机的一个特殊情况——H Darrieus 转子。
1 TNO, Wind Energy Technology, Westerduinweg 3, 1755 LE Petten, The Netherlands 2 TNO, Climate, Air & Sustainability, Princetonlaan 6, 3584 CB Utrecht, The Netherlands 3 TNO, Reliable Structures, Molengraaffsingel 8, 2629 JD Delft, The Netherlands
本报告是作为美国政府机构赞助的工作的说明而编写的。美国政府及其任何机构或其任何雇员均不对所披露的任何信息、设备、产品或流程的准确性、完整性或实用性做任何明示或暗示的保证,也不承担任何法律责任或义务,也不表示其使用不会侵犯私有权利。本文以商品名、商标、制造商或其他方式提及任何特定商业产品、流程或服务并不一定构成或暗示美国政府或其任何机构对其的认可、推荐或支持。本文表达的作者的观点和意见不一定代表或反映美国政府或其任何机构的观点和意见。