Cánh quạt tuabin gió được làm bằng chất liệu gì?

Tua bin gió rất tốn kém và cánh quạt là bộ phận đắt tiền nhất để sản xuất. Vì các cánh là bộ phận làm việc của tuabin nên chúng đòi hỏi sự chú ý nhiều nhất đến từng chi tiết. Các kỹ sư đã dành nhiều năm để hoàn thiện hình dạng của lưỡi dao, từ thiết kế cánh bay đến các đường xoắn và quay để tối đa hóa hiệu quả.

Nhưng cánh tuabin thực sự được làm bằng gì? Hóa ra, nó không phải như những gì bạn nghĩ. Thoạt nhìn, nhiều người sẽ nghĩ rằng các cánh quạt được làm bằng nhôm, giống như cánh máy bay. Nhưng các cánh quạt của tuabin gió phải chịu các điều kiện rất khác so với các cánh của máy bay.

Do đó, các cánh quạt được sản xuất bằng cách sử dụng hỗn hợp tổng hợp của thủy tinh, sợi carbon và nhựa. Đó là một vật liệu độc đáo cung cấp cho các lưỡi dao sức mạnh và độ bền để thực hiện công việc của nó.

Cấu trúc của một cánh tuabin

Tua bin gió có hình dạng giống như một chiếc tàu bay, tương tự như hình dạng của cánh trên máy bay. Bởi vì điều này, mặt cắt ngang không hoàn toàn là hình ống; chúng có hình dạng thuôn dài hơn. Phần đáy của cánh quạt làm lệch hướng không khí tới, tạo ra một vùng có áp suất cao. Sau đó, phần trên của lưỡi cắt xuyên qua không khí khi nó bị lực nâng đẩy từ gió thổi tới. Điều này làm cho rotor quay.

Trong khi chuyển động, các cánh của tuabin trải qua các tốc độ gió khác nhau ở các phần khác nhau của cánh. Để giải thích điều này, các kỹ sư kết hợp các đường xoắn nhẹ dọc theo cạnh đầu của lưỡi quạt. Điều này nhằm đảm bảo rằng lưỡi quạt thu được lượng năng lượng gió tối đa có thể.

Mặc dù chúng có thể trông giống như một mảnh khổng lồ, nhưng các cánh tuabin thực sự giống như một cái vỏ. Chúng bao gồm hai nửa lớn ép lại với nhau để tạo thành toàn bộ cánh. Hai nửa được giữ với nhau bằng cách sử dụng các khớp kết dính và một khung bên trong thường bao gồm sợi carbon.

Các lưỡi cánh quạt được làm bằng gì?

Các cánh của tuabin gió được làm bằng nhiều lớp thủy tinh hoặc sợi carbon được tẩm nhựa dẻo lỏng. Điều này tạo ra một vật liệu composite chắc chắn, bền và nhẹ. Nó cũng có mật độ thấp. Vật liệu này cho phép các lưỡi quạt thực hiện công việc của chúng một cách dễ dàng trong khi chịu tải nặng và căng thẳng. Sự kết hợp giữa thủy tinh và nhựa tạo ra một vật liệu có thể uốn cong, cong vênh, chịu được sự dao động nhiệt độ rộng và tốc độ gió thay đổi.

Những vật liệu này cũng cung cấp cho các cánh quạt một quán tính quay thấp. Trong khi các vật liệu khác, như kim loại, nặng và cần thời gian để tăng tốc, vật liệu composite có thể tăng tốc nhanh chóng khi tốc độ gió lớn lên. Điều này có nghĩa là các cánh quạt giữ được tốc độ ổn định hơn, dẫn đến ít ứng suất tổng thể hơn đối với tuabin.

Tỷ lệ vật liệu thay đổi rất nhiều tùy theo kích thước của tuabin và vị trí của nó. Tua bin ở những khu vực có tốc độ gió cao sẽ được chế tạo khác nhiều so với tuabin ở những khu vực có tốc độ gió thấp. Hơn nữa, các tuabin lớn hơn sẽ được chế tạo với các cánh cứng hơn. Khi các cánh dài hơn, chúng có nhiều khả năng bị uốn ở các đầu, vì vậy tỷ lệ vật liệu phải được điều chỉnh để đảm bảo rằng các cánh không va chạm với tháp.

Các lưỡi tuabin gió được làm như thế nào?

Mặc dù chúng ta có thể tưởng tượng rằng các cánh tuabin gió được sản xuất trong một môi trường có độ chính xác cao, nhưng thực tế lại hoàn toàn ngược lại. Trong khi hình dạng của cánh quạt được tạo ra theo các tiêu chuẩn cụ thể, việc chế tạo thực tế của cánh được thực hiện theo cách định tính.

Điều đó có nghĩa là phần lớn được để lại cho các kỹ sư và công nhân trên công trường quyết định. Tuy nhiên, các nhà sản xuất tuabin vẫn xây dựng các cánh quạt của họ theo các tiêu chuẩn khắt khe để đảm bảo hiệu quả tối đa, cũng như sự an toàn của người lao động cả trong nhà máy và trên hiện trường.

Bước 1: Xếp lớp vải

Cánh tuabin gió được làm bằng vật liệu composite. Vật liệu tổng hợp được làm từ một số vật liệu khác nhau kết hợp để đạt được những đặc tính hoàn toàn khác biệt so với những vật liệu riêng lẻ. Trong trường hợp cánh tuabin gió, vật liệu được sử dụng là một số loại vải thủy tinh, aramid và sợi carbon khác nhau. Tỷ lệ có thể khác nhau tùy thuộc vào nhà sản xuất hoặc kích thước của tuabin.

Các nhà sản xuất lưỡi có thể sử dụng đến mười lớp vải. Nhiều lớp trong số này có trục, nghĩa là các sợi được sắp xếp theo một góc. Sợi đầu tiên là lớp vỏ, hay lớp vỏ bảo vệ, tiếp theo là 5 lớp vải thủy tinh. Một số loại vải có dạng hai trục, với các sợi đan chéo, trong khi những loại khác được dệt theo kiểu một chiều. Lớp vỏ thứ hai được đặt trên các lớp vải.

Bước 2: Tạo khuôn các lưỡi

Sau đó, các loại vải này được đặt vào khuôn để chuẩn bị cho giai đoạn ép nhựa lỏng. Mỗi khuôn có hình dạng giống như một nửa của cánh tuabin và mỗi khuôn sẽ tạo nên một mặt của cánh tuabin. Nhiều vải hơn được đặt lên trên để chuẩn bị cho quá trình ép khuôn. Một lá nhả đục lỗ và một phương tiện phân phối được sử dụng để giúp nhựa dẻo chảy và thấm vào vải một cách thích hợp.

Toàn bộ khuôn sau đó được bọc trong nhựa và hút chân không. Sau khi được hút chân không hoàn toàn, một loại nhựa epoxy dẻo được bơm vào khuôn. Sau đó, nhựa được phép chảy khắp khuôn và ngấm vào thủy tinh và sợi carbon. Sau khi được thấm hoàn toàn, khuôn được nung nóng để làm cứng vật liệu composite. Khi khuôn đóng rắn, nó sẽ có hình dạng rắn.

Bước 3: Lắp ráp & cán

Bây giờ vải đã được tẩm nhựa dẻo, hai nửa khuôn đã sẵn sàng để lắp ráp. Chất kết dính có độ bền cao được sử dụng để ép lưỡi dao lại với nhau. Sau đó, tùy thuộc vào nhà sản xuất, chúng được khóa với nhau bằng một loạt khớp và / hoặc khung bên trong của dầm sợi carbon. Phần keo thừa được loại bỏ bằng cách sử dụng cưa tay.

Bề mặt bên ngoài của cánh quạt được dát một lớp nhựa nhiệt dẻo. Điều này mang lại cho lưỡi dao một bề mặt nhẵn và khả năng chống tiếp xúc với nguyên tố. Sau khi hoàn thành, lưỡi dao trải qua một quá trình gọi là gia công. Các thanh kim loại được đặt ở mép trong của lưỡi dao, nơi nó sẽ gặp trục. Các thanh này sẽ được sử dụng để lắp lưỡi dao vào rôto.

Bước 4: Kiểm tra

Sau khi lắp ráp, cánh quạt phải trải qua nhiều thử nghiệm và kiểm tra. Các kỹ sư kiểm tra các điểm yếu của lưỡi dao để tìm lỗi hoặc vết nứt. Các lưỡi sau đó được đưa qua các bài kiểm tra ứng suất, nơi chúng phải chịu một loạt các điều kiện mà chúng có thể gặp phải khi sử dụng. Điều này bao gồm nhiệt độ khắc nghiệt, gió mạnh và các chuyển động bất thường.

Các vấn đề chính mà các kỹ sư tìm kiếm là các vết nứt nhỏ. Đây là những vết nứt nhỏ trên bề mặt của lưỡi dao có thể mở rộng và cuối cùng dẫn đến hỏng cấu trúc. Khi vượt qua các bài kiểm tra, nó đã sẵn sàng để xuất xưởng.

Tương lai của tuabin gió: Ống nano carbon

Các nhà nghiên cứu đang thử nghiệm sử dụng ống nano carbon trong việc chế tạo các cánh tuabin gió. Các ống nano carbon cực kỳ mạnh, tính theo trọng lượng của chúng. Việc bổ sung các ống nano này sẽ giúp tăng cường các lưỡi dao và giảm đáng kể khả năng gãy trong khi vẫn cho phép một số linh hoạt.

Ý tưởng là sử dụng các ống nano để gia cố vật liệu composite trong các cánh quạt. Chúng có thể được thêm vào vải thủy tinh hoặc thêm vào nhựa lỏng. Một số nhà nghiên cứu nói rằng việc bổ sung các sợi carbon dẫn điện có thể giúp các lưỡi quạt có khả năng chống sét và có thể giảm thiểu bất kỳ thiệt hại cấu trúc tiềm ẩn nào phát sinh từ một vụ sét đánh.

Phần kết luận

Cánh tuabin gió là một kỳ công kỹ thuật độc đáo. Mặc dù chúng có nhiều điểm tương đồng với cánh máy bay nhưng chức năng của chúng hoàn toàn khác nhau, và quá trình chế tạo cũng vậy. Trong khi máy bay thường được làm bằng nhôm, các cánh của tuabin yêu cầu vật liệu tổng hợp làm từ thủy tinh, sợi carbon và nhựa để đạt được độ bền kéo hoàn hảo cho công việc.

Các thiết kế liên tục được cải tiến và vẫn chưa có nhà sản xuất nào tìm ra thiết kế hoàn hảo. Năng lượng gió vẫn còn trong giai đoạn đầu của nó. Theo thời gian, chúng ta có thể mong đợi sẽ thấy các vật liệu khác nhau phát triển, giúp nâng cao hiệu quả của các cánh quạt và cung cấp nhiều năng lượng hơn cho mỗi tuabin.

Các câu hỏi thường gặp

Cánh tuabin gió được làm bằng gì?

Các cánh của tuabin gió được làm bằng vật liệu tổng hợp bao gồm vải thủy tinh và sợi carbon kết hợp với một loại nhựa dẻo lỏng. Vật liệu này cung cấp tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng tốt nhất và có thể chịu được áp lực cực lớn đi kèm với chuyển động quay liên tục. Tỷ lệ vật liệu thay đổi tùy thuộc vào kích thước của tuabin và môi trường của nó.

Các cánh của tuabin gió có làm bằng nhôm không?

Các cánh tuabin gió thời kỳ đầu được làm bằng nhôm. Theo thời gian, các kỹ sư nhận thấy rằng nhôm quá nặng và thay vào đó, họ bắt đầu sử dụng các vật liệu khác như sợi carbon, vải thủy tinh và nhựa.

Cánh tuabin gió được làm như thế nào?

Các lưỡi dao bắt đầu với hai khuôn, mỗi khuôn có hình dạng giống như một nửa của lưỡi dao. Các lớp vải thủy tinh và sợi carbon được đặt trên khuôn, sau đó được niêm phong chân không trong một bọc nhựa. Sau đó, nhựa dẻo lỏng được bơm vào màng bọc được hút chân không cho đến khi hấp thụ hoàn toàn vào vải.

Vật liệu sau đó được phép để chữa bệnh. Sau khi đã cứng, hai nửa sau đó được ép lại với nhau bằng các khớp kết dính, và một lớp phủ laminate bằng nhựa được phủ lên bề mặt. Các lưỡi sau đó được kiểm tra về tính toàn vẹn của cấu trúc.