CN102705180A - 一种复合材料风电塔筒 - Google Patents

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胡宪明
吴树梁
于良峰
赵磊
于洪明
刘克建
游慧鹏
吕超
代鲁平
吕刚
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Abstract

本发明涉及一种复合材料风电塔筒，属于风力发电设备制造技术领域。为了解决传统风电塔筒存在的重量大、维护困难的问题，本发明提供了一种重量小、免维护的复合材料风电塔筒。其特别之处在于，所述筒体分为内筒体和外筒体，内筒体和外筒之间设有夹心层，外筒体外有聚氨酯涂层。本发明提供的复合材料风电塔筒，其筒体采用的复合材料，该复合材料包含环氧树脂和玻璃纤维，具有强度高，疲劳性能好，重量轻，耐腐蚀性好，绝缘性能佳的优点。

Description

一种复合材料风电塔筒
技术领域
本发明涉及一种用来连接风力发电机组机舱和混凝土基础的复合材料风电塔筒，属于风力发电设备制造技术领域。
背景技术
风电塔筒是风力发电的塔杆，在风力发电机组中主要起支撑作用，同时吸收机组震动。目前，风力发电领域使用的传统风电塔筒，都是采用钢铁制成，不仅重量重，运输困难，而且生产难度大，工序繁多，成本较高。而且由于涂层使用寿命超限、原始施工时表面处理不彻底或没有进行表面处理的情况下进行了油漆施工、涂装施工过程中施工时没得到很好的控制使漆膜厚度不均匀、自然灾害等原因，导致钢铁制塔筒容易生锈，使用过程中需要大量的维护工作。
发明内容
为了解决传统风电塔筒存在的重量大、维护困难的问题，本发明提供了一种重量小、免维护的复合材料风电塔筒。
本发明的技术方案
一种复合材料风电塔筒，包括筒体，其特别之处在于，所述筒体分为内筒体和外筒体，内筒体和外筒之间设有夹心层，外筒体外有聚氨酯涂层；所述筒体采用包含有环氧树脂、玻璃纤维和固化剂的复合材料；所述的夹心层采用泡沫芯材或巴萨木。筒体的刚度主要与筒体的厚度相关，因此，设置夹心层的目的是为了提高筒体的刚度。夹心层采用的泡沫芯材或巴萨木为材质较轻的材料；因此在减轻筒体重量的条件下，提高了筒体的刚度。聚氨酯具备抗风沙、强抗紫外线能力、抗盐雾腐蚀等一系列优异特性，从而满足了复合材料风电塔筒在恶劣的户外环境下长期使用的要求。而且，外筒体外的聚氨酯涂层不会出现钢铁制塔筒油漆脱落的现象。其中，巴萨木(Balsa)是一种轻质木材，来源于南美洲的厄瓜多尔，具有独特的细胞结构和轻质、 高强的特点，是结构夹芯的理想材料。
    上述的复合材料风电塔筒，内筒体、夹心层、外筒体的厚度的比例优选为1:4:1-1:8:1；在此比例范围内，复合材料塔筒既能满足对风力发电机组的支撑作用的要求，又能使重量减轻35%以上。更优选的比例为1:6:1；此时，在满足对风力发电机组的支撑作用的条件下，复合材料风电塔筒的减重最高达到了60%。
上述的复合材料风电塔筒，其特征在于，所述的泡沫芯材，优选的，密度为60-150kg/m3的，闭孔PVC、SAN或PET泡沫。经过大量实验证明，采用闭孔PVC、SAN或PET泡沫作为夹心层不仅具有良好的减重效果，而且具备优于其他泡沫芯材与内筒体和外筒体的复合效果，因而起到优于其他泡沫芯材的抗震、支撑效果。而将上述泡沫芯材的密度限定在60-150kg/m3范围内，同样是因为该密度条件下的复合材料风电塔筒重量轻、挠度小。所述SAN为苯乙烯-丙烯腈。
本发明的有益效果
    本发明提供的复合材料风电塔筒，其筒体采用的复合材料，该复合材料包含环氧树脂和玻璃纤维，具有强度高，疲劳性能好，重量轻，耐腐蚀性好，绝缘性能佳的优点。同时，该复合材料的强度是钢铁的2倍，密度约为钢铁的1/4，使复合材料风电塔筒的重量要小于钢制风电塔筒；在达到相同支撑强度的条件下，复合材料风电塔筒的重量是普通风电塔筒重量的40%。从而降低了复合材料风电塔筒的运输和安装费用。并且通过在筒体外设置具备强抗紫外线能力的聚氨酯涂层，使复合材料杆塔具有绝缘，高强度，抗风沙，抗紫外线，耐盐雾腐蚀等一系列优异特性，尤其适合户外恶劣环境长期使用。
附图说明
图1为本发明复合材料风电塔筒横截面的结构示意图；
图中，1.聚氨酯涂层，2.外筒体，3.夹心层，4.内筒体。
具体实施方式
本复合材料风电塔筒采用复合材料缠绕成型工艺制造；以下简称复合塔筒。将浸过环氧树脂胶液的玻璃纤维按照一定规律缠绕到芯模上，即内筒体；玻璃纤维层达到一定厚度后，将经过开槽、打孔的泡沫芯材贴覆到纤维层表面，即夹心层；然后再缠绕一定厚度的浸过环氧树脂胶液的玻璃纤维，即外筒体；经加热固化、脱模，获得制品。
    根据上述制造方法制造复合塔筒1、2、3、4、5、6；其中复合塔筒1、2、3、4、5、6的夹心层为密度为60-150kg/m3的泡沫芯材。所得复合塔筒1-6的长度为10m、外径为4.2m、壁厚为120mm；其中各复合塔筒的内筒体、夹心层、外筒体的厚度的比例均不相同。将复合塔筒1-6的重量、挠度与钢制塔筒的重量、挠度比较（所述挠度为各塔筒的相对应位置点的挠度），如下表。根据下表得出，复合塔筒的内筒体、夹心层、外筒体的厚度的比例为1:4:1-1:8:1时，其挠度均能满足塔筒对风力发电机组的支撑及吸收机组的震动。
 
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Claims (4)

1.一种复合材料风电塔筒，包括筒体，其特征在于，所述筒体分为内筒体和外筒体，内筒体和外筒之间设有夹心层，外筒体外有聚氨酯涂层；所述筒体采用包含有环氧树脂、玻璃纤维和固化剂的复合材料；所述的夹心层采用泡沫芯材或巴萨木。
2.根据权利要求1所述的复合材料风电塔筒，其特征在于，所述内筒体、夹心层、外筒体的厚度的比例为1:4:1-1:8:1。
3.根据权利要求1所述的复合材料风电塔筒，其特征在于，所述内筒体、夹心层、外筒体的厚度的比例为1:6:1。
4.根据权利要求1、2或3所述的复合材料风电塔筒，其特征在于，所述的泡沫芯材为密度为60-150kg/m3的，闭孔PVC、SAN或PET泡沫。
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