Анализ базальтового волокна в лопастях ветряных турбин методом конечных элементов

базальтовое волокно в лопастях ветряных турбин

Был проведен сравнительный анализ волокна из E-стекла, используемого при изготовлении лопастей ветряных турбин, механические свойства были сопоставлены с базальтовым волокном.

Для определения оптимального профиля лопастей и достижения требуемой производительности ветротурбины малой мощности, был проведен анализ аэродинамических характеристик. С целью определения механических характеристик были проанализированы различные методы производства для получения поверхности наилучшего качества и наилучшего соединения армирующего материала и матрицы.

Как только конструкция лопасти была определена, было проведено сравнение контурных давлений посредством аэродинамического моделирования с целью определить нормальные и критические условия эксплуатации лопасти ветротурбины. Затем, с помощью структурного анализа с использованием метода конечных элементов, мы проверили, может ли предложенный материал эффективно заменить традиционный.

Благодаря используемой производственной технологии, удалось определить, что базальтовое волокно — это очень прочное высокомодульное волокно с превосходной ударопрочностью, жаропрочностью и отличными коррозионными свойствами.

Базальтовое волокно простое в обращении и не требует специального технологического оборудования, может быть переработано в конце эксплуатации и совместимо со многими смолами начиная с эпоксидной. В результате проведенной работы стало возможным определить параметры содержания волокна, структуры ткани и процента материала, которые оказывают значительное влияние при систематическом изменении.

Аэродинамический анализ по методу CFD позволяет выбрать оптимальные лопасти ветротурбины и определить распределение ветровой нагрузки, что необходимо для прогнозирования прочностных характеристик небольшой ветряной турбины в реальных условиях штата Нижняя Калифорния, Мексика.

На основании результатов, полученных методом конечных елементов, базальтво-эпоксидные лопасти удовлетворяют проектным требованиям и требованиям к конструкционной прочности для ветровой турбины мощностью 35 кВт с радиусом лопастей 5 м при нормальных и критических условиях эксплуатации, подтверждая, что базальтовое волокно является конкурентноспособной альтернативой E-стеклу.

Низкая плотность базальтовых волокон позволяет снизить вес компонентов. Было обнаружено, что лопасть на основе базальта и эпоксидной смолы весит на 2% меньше, чем лопасть на основе E-стекла и эпоксидной смолы.

Модуль Юнга композита базальт / эпоксидная смола на 23% выше, чем у Е-стекло / эпоксидная смола, а модуль сдвига, как показали результаты, у базальт / эпоксидная смола на 20% выше чем у Е-стекло / эпоксидная смола.

Для максимального режима ветра из проанализированных в этом исследовании, выходная мощность для NACA 4412 может достигать 35 кВт, при этом минимальная выходная мощность для предлагаемого HAWT для каждой лопасти составляет 2 кВт, при скорости ветра 8 м / с для каждой лопасти ветрогенератора.

Общая деформация лопасти ветротурбины была снижена на 68%; этот факт может помочь в будущих исследованиях по изучению базальтового волокна, используемого в конструкции более крупных лопастей ветряных турбин, а также значительно сократить производственные затраты — базальтовое волокно дешевле, чем углеродное волокно.


Авторы:

В. Гарсия, Л. Варгас, A. Aкуна, Дж. Б. Соса, E. Дуразо, Р. Баллестерос и Дж. Окампо.
Автономный университет Нижней Калифорнии, инженерный факультет Мехикали, Мексика.

Полный текст:

Evaluation-of-basalt-fibers-on-wind-turbine-blades-through-finite-element-analysis

Использование

Оставьте первый комментарий

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован.


*