玻璃,塑造风机的“灵魂”

作者: 苏更林

来源: 百科知识

发布日期: 2022-07-01 08:30:19

文章探讨了风力发电机叶片材质的发展历程,从早期的木材到现代的玻璃钢和碳纤维复合材料,强调了叶片作为风机“灵魂”的重要性。同时,文章还介绍了玻璃在现代科技中的广泛应用,展示了玻璃材料在人类文明中的持续重要性。

风能作为一种清洁能源,已成为世界各国竞相发展的新能源。2021年12月25日,中国三峡新能源集团广东阳江、江苏如东、江苏大丰海上风电项目正式全容量并网发电,这是我国清洁能源加速发展的一个明确信号。

风力发电,风机是关键。风轮直径大小取决于叶片的长度,而叶片长度在一定程度上决定着风电机组的发电水平及整机成本,因此叶片被誉为风机的“灵魂”。叶片越长,扫风面积才会越大,发电功率才会越高。

然而,风力发电机的工作环境恶劣,用什么材料制作叶片才能胜任工作呢?这是一个伴随风力发电演化历史的首要问题。在风力发电的早期,风力发电机的叶轮直径比较短,叶片材质大多采用的是木材。木质叶片的弊端很多,如容易受潮变形,不易加工成型等。20世纪40年代,不锈钢、铝合金等材料取代木材被用作制造叶片。风力发电机的叶片制造可是一个技术活,总体要求是刚度要大、强度要高、重量要轻。

后来,有人用钢材来搭建叶片的整体结构,内填泡沫塑料,外覆玻璃钢蒙皮。

玻璃钢是一种复合材料,它既有玻璃的成分但又具有钢一样的强度。玻璃钢的密度较低,只有钢的四分之一左右,但强度很高,并且还具有良好的耐腐蚀性能。用玻璃钢来制作叶片的蒙皮,不仅能满足强度方面的要求,而且还能够减轻叶片的重量。1957年,德国的一名设计师首次把玻璃纤维复合材料应用于叶片制造。玻璃纤维复合材料叶片具有耐腐蚀、耐老化和弹性系数高等优点,后来在叶片制造中得到了推广普及。

从20世纪90年代开始,越来越多的海上风力发电机组开始建设。由于海上风电机组单机容量通常要比陆上机组更大,因此对叶片材质的选择也更为苛刻。在这样的背景下,碳纤维复合材料进入了人们的视野。相较于传统的玻璃纤维复合材料叶片,碳纤维复合材料更具有竞争优势。但是碳纤维的价格十分昂贵,并且生产碳纤维叶片还存在一定的技术难度。

风机叶片大多采用箱型或者工字型主承力结构,使用轻质材料可以降低叶片质量。关于叶片选材,可以由几种不同的材料组合而成,并通过调整其配比来获得所需要的性能。现代风机叶片不仅在制造材质上不断演进,在结构上也经历了从实心向中空的转变。通常还会在风机叶片的表面涂覆防护油漆或树脂,以此来抵御风、沙、雨、雹的侵蚀。

玻璃,这种古老的二氧化硅材料,为我们创造了一个透明的世界,并在人类的文明进程中扮演了极其重要的角色。如今,玻璃并没有因为岁月的流逝而没落。相反地,玻璃在与时俱进的搏击中获得了更加旺盛的生命力。从光伏玻璃到光纤通信,从光学玻璃到药用玻璃,从玻璃纤维到电子玻璃……玻璃应用的触角在延伸,并有望为人类的可持续社会带来更多的奇迹和惊喜!

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