RU2680510C2 - Композиционный материал для сэндвич-структур и облегченная лопасть ветрогенератора на их основе - Google Patents
Композиционный материал для сэндвич-структур и облегченная лопасть ветрогенератора на их основе Download PDFInfo
- Publication number
- RU2680510C2 RU2680510C2 RU2016145378A RU2016145378A RU2680510C2 RU 2680510 C2 RU2680510 C2 RU 2680510C2 RU 2016145378 A RU2016145378 A RU 2016145378A RU 2016145378 A RU2016145378 A RU 2016145378A RU 2680510 C2 RU2680510 C2 RU 2680510C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blade
- lightweight
- wind generator
- composite material
- inner cavity
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000004699 Ultra-high molecular weight polyethylene Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229920000785 ultra high molecular weight polyethylene Polymers 0.000 claims abstract description 8
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 17
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 claims description 16
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 claims description 16
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 claims description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010431 corundum Substances 0.000 claims description 3
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 2
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 claims description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 abstract description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 241000264877 Hippospongia communis Species 0.000 description 17
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 7
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 6
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 5
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 5
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 4
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 3
- -1 furyl ester Chemical class 0.000 description 3
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 3
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 3
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000004634 thermosetting polymer Substances 0.000 description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N Furan Chemical compound C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 2
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N monobenzene Natural products C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 2
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 2
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 2
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 2
- 239000001667 (E)-4-furan-2-ylbut-3-en-2-one Substances 0.000 description 1
- GBKGJMYPQZODMI-SNAWJCMRSA-N (e)-4-(furan-2-yl)but-3-en-2-one Chemical compound CC(=O)\C=C\C1=CC=CO1 GBKGJMYPQZODMI-SNAWJCMRSA-N 0.000 description 1
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 240000007182 Ochroma pyramidale Species 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004693 Polybenzimidazole Substances 0.000 description 1
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QXJJQWWVWRCVQT-UHFFFAOYSA-K calcium;sodium;phosphate Chemical compound [Na+].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O QXJJQWWVWRCVQT-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000004918 carbon fiber reinforced polymer Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000012765 fibrous filler Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- XPFVYQJUAUNWIW-UHFFFAOYSA-N furfuryl alcohol Chemical compound OCC1=CC=CO1 XPFVYQJUAUNWIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011302 mesophase pitch Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 1
- GEMHFKXPOCTAIP-UHFFFAOYSA-N n,n-dimethyl-n'-phenylcarbamimidoyl chloride Chemical group CN(C)C(Cl)=NC1=CC=CC=C1 GEMHFKXPOCTAIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920000548 poly(silane) polymer Chemical class 0.000 description 1
- 229920006122 polyamide resin Polymers 0.000 description 1
- 229920002480 polybenzimidazole Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 1
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 1
- 229920001709 polysilazane Chemical class 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Chemical class 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000004616 structural foam Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
- C08L23/04—Homopolymers or copolymers of ethene
- C08L23/06—Polyethene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/40—Glass
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Wind Motors (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии изготовления лопасти ветрогенератора из сэндвич-структур. Описан композиционный материал для сэндвич-структур для изготовления облегченных лопастей ветрогенератора, включающий волокна сверхвысокомолекулярного полиэтилена и волокна стекла, пропитанные полимерным связующим, в котором полимерное связующее модифицировано нанонаполнителями. Также описана облегченная лопасть ветрогенератора. Технический результат: композициционный материал обеспечивает увеличенный срок эксплуатации, повышение надежности, удельной прочности и энергетической эффективности ветрогенератора. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Композиционный материал для сэндвич-структур и облегченная лопасть ветрогенератора на их основе, преимущественно могут использоваться в областях техники, где распространены конструкции из сэндвич-структур. Например, ветроэнергетика, авиация, автомобилестроение, кораблестроение, вагоностроение. Известны, множество решений для композиционных материалов, улучшающих их свойства. В диссертации кандидата химических наук Зараменских К.С. «Углеродные нанотрубки для керамических композитов» исследовано влияние концентрации углеродных нанотрубок. Получен композит с повышенным значением коэффициента интенсивности напряжений. Этот материал с сетчато-каркасным распределением углеродных нанотрубок по периферии кристаллов корунда. Что способствует уменьшению рекристаллизации и увеличению трещиностойкости в 1,5 раза. Коэффициент интенсивности напряжений оптимизирован при концентрации 0,2% углеродных нанотрубок. С диссертацией можно ознакомиться в Информационно-библиотечном центре РХТУ им. Д.И. Менделеева. Известен, патент на изобретение 2012 г. RU №2522884. Изобретение относится к области получения композиционных материалов на основе смол, диспергированных наномодификатором в виде углеродных нанотрубок, которые могут быть использованы для введения в высоковязкие основы при получении полимерных композиционных материалов широкого спектра применения. В качестве основы используют фурфуролацетоновую смолу. Углеродные нанотрубки вводят в основу в количестве 0,001-30 мас. %. Производятся, углепластик КМУ-7э, органопластик 16Т, стеклопластик ВПС-30. Эти композиционные материалы характеризуются высокими показателями статической прочности в направлении армирования, теплостойкостью, длительным ресурсом работы. Однако из-за низкой эластичности матрицы они обладают ограниченной прочностью в трансверсальном направлении.
Также пониженной выносливостью и живучестью в условиях динамического нагружения вследствие лавинообразного характера деградации по механизму многократного хрупкого разрушения. В патенте на изобретение 2004 г. RU №2254329, решены следующие задачи. Разработаны на основе модифицированной матрицы полимерных композитов, углепластиков, органопластиков и стеклопластиков с повышенной вязкостью разрушения, выносливостью и живучестью. Путем добавления в матрицу фуллерена С60 в количестве 10,2-60,6 мас. ч. на 100 мас. ч. эпоксидной основы. Существует патент на изобретение. Способ изготовления композиционного материала RU №2094229. 1991 г. Этот патент принят за прототип предлагаемой заявки. В патенте разработан способ изготовления композиционного материала. Путем размещения ленты, состоящей из непрерывных, продольно ориентированных волокон или нитей, с последующей пропиткой ее материалом матрицы. В качестве дискретного волокнистого наполнителя используют волокно, полученное измельчением ленты, состоящей из непрерывных, продольно ориентированных волокон или нитей. В качестве связующего, используют объемную мезофазу-пек, фуран, фуриловый спирт, фуриловый сложный эфир, полиарилацетилен, полибензимидазол, полифениленсульфид, эпоксидную смолу, полиамидную или фенольную смолу или их смеси. В матрицу добавляют углерод и соединения на основе кремния, полисилен или полисилазан. Диапазон состава от 30 до 50 объема ленты из волокон и от 10 до 25 объема равномерно распределенных частиц, остальное связующее. Отличием от описанных выше решений, предлагаемой заявки на изобретение, композиционный материал для сэндвич-структур и облегченная лопасть ветрогенератора на их основе, является комплексное применение многокомпонентных волокон и модификаторов. Композиционный материал изготавливается из смеси волокна сверхвысокомолекулярного полиэтилена в количестве от 10% до 50% объема или веса волокна, волокна стекла в количестве от 50% до 90% объема или веса волокна. Композиционный материал пропитывается матрицей из полимерного связующего модифицированого нано-наполнителями. С содержанием мультислойного графена от 0,02% до 0,2% от веса полимерного связующего, астралены от 0,002% до 0,02% от веса полимерного связующего, фуллерена от 0,002% до 0,02% от веса полимерного связующего, корундовых нано-трубок от 0,01% до 0,3% от веса полимерного связующего. Мультислойный графен, является универсальной добавкой, улучшающей физико-химические свойства композиционного материала. Добавка астрален это фуллероидное соединение, представляющие собой многослойные полиэдральные структуры из атомов углерода размером 80÷150 нм. В заявке на патент используется, как добавка-модификатор. Технический результат, осуществления заявки на изобретение заключается в увеличении срока эксплуатации, повышении надежности, удельной прочности и весовой эффективности изделий из сэндвич-структур с применением матрицы из нано-наполненного полимерного связующего. Известен способ изготовления лопасти винта вертолета из полимерных композиционных материалов лонжеронной конструкции. Заявка США US 2010/0266416 А1, 2010 г. Конструкция включает в себя D-образный лонжерон, хвостовой отсек из полимеров, размещенный между ними заполнитель из термореактивного полимерного материала и обшивку. Размещают верхние и нижние многослойные пакеты из термореактивного полимерного материала на соответствующих формах и спекают их, затем на формах размещают соответственно полученные верхнюю и нижнюю части обшивки, верхнюю и нижнюю части лонжерона и верхнюю и нижнюю части хвостового отсека и спекают.Недостатком такого технического решения является сравнительная механическая слабость термореактивного полимерного материала и наличие большого количества швов. Известна лопасть ветроэнергетической установки, срок эксплуатации которой увеличен за счет усложнения конструкции лопасти. Патент Германии DE 4225599, 1994 г. Лопасть по этому патенту состоит из двух частей - лобовой и хвостовой. Хвостовая часть заполнена пенопластом. Обе части лопасти, а также верхняя и нижняя оболочки ее соединены между собою с помощью клея и заклепок. Недостатком этого технического решения является, невысокая удельная прочность, так как лопасть утяжелена крепежными металлическими деталями. Для производства крупнейших в мире ветрогенераторов применяются лопасти В75 концерна Siemens, длинною 75 м. http://www.facepla.net/the-news/energy-news-mnu/2594-siemens-b75.html http://energysafe.ru/altemative_energy/altemative_energy/955/ Их изготавливают с использованием технического процесса «Integral Blade», патент концерна Siemens. Технический процесс позволяет изготовить лопасти в форме моноблочной конструкции без клеевых соединений на 20% легче по сравнению с традиционными аналогами. Процесс осуществляется вакуумированием стеклотканей и углетканей, конструкционного пенопласта или бальсы пропитанных полимерными смолами в металлических формах длиной около ста метров. Недостатком данной технологии является уникальность и эксклюзивность применяемых дорогостоящих материалов и оборудования, малый запас прочности конечного изделия. Экономическая эффективность реализации этого технического решения является не явной. Известен патент 2001 г. RU №2205130 «Лопасть ветрового колеса из композиционного материала и способ ее изготовления». Этот патент принят за прототип. Лопасть ветрового колеса из композиционных материалов на основе тканого наполнителя и полимерного связующего, выполняется выкладкой в виде двух полу оболочек. Внутренняя полость лопасти заполняется легким заполнителем пористой структуры. С этой целью используется пенополистирол ПСВ-А ОСТ 6-05-202-83 с размером гранул 5-6 мм либо стеклосферы (полые микросферы) с размером частиц от 50 до 500 мк, ТУ 6-48-168-94. В качестве тканой основы использовалась стеклоткань Э3-200, Т-10-80, Т10, Т14; углеродные ленты: ЛУ-2, ЛУ-3, ЭЛУР, ВМН-3, ВМН-4; органические волокна СВМ и ткани на их основе. В качестве связующего, использовалась смола К-115 ТУ 222-004-17411121-98 и отвердитель Л-20М ТУ 2433-360-09201208-96. В качестве связующего можно использовать полиэфирные насыщенные смолы ОСТ 6-05-431-78 г. инициатора - перекись бензола МРТУ-6-05-1122-68 г. и ускорителя - нафтенат кобальта ТУМХП 6-05-211-798-72 г. Кроме того, применялись полиэфирные связующие: ПН-1, ПН-3, ТУ 6-05-1082-76 и фенольные связующие: ФН ТУ 6-05-1187-75. Предлагаемое в патенте техническое решение основано на применении в качестве подкрепляющей силовой конструкции полистирол или стеклосферы. Эти подкрепляющие материалы применимы исключительно при малых нагрузках и в разы уступают по механическим качествам сотовым конструкциям. Перечисленные в патенте тканевые материалы для изготовления оболочки лопасти по своему весу на 30% тяжелее сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Полимерные смолы, использованные в качестве связующего, морально устарели. Предлагаемое в заявке на изобретение техническое решение преодолевает указанные в перечисленных выше патентах недостатки. Облегченная лопасть ветрогенератора на основе композиционного материала из сэндвич-структур, содержит внешнюю оболочку, внутреннюю полость и заполнитель внутренней полости из многослойной сотовой конструкции с различным размером и толщиной стенки ячейки. Технический результат получается за счет применения композиционного материала. В состав, которого входят волокна сверхвысокомолекулярного полиэтилена и волокна стекла и полимерного связующего, модифицированного нано-наполнителями. Волокно из сверхвысокомолекулярного полиэтилена в сочетании с волокном из стекла, делает лопасть на 30% легче и дешевле чем лопасть, изготовленною исключительно из препрегов на основе стеклоткани и углеткани. Волокно из сверхвысокомолекулярного полиэтилена предварительно обрабатывается по принципу магнетронного распыления. Технический результат достигается за счет того, что в состав облегченной лопасти ветрогенератора входит внешняя оболочка, имеющая различную толщину, а внутренняя полость, рисунок 1, позиция 5, заполнена многослойной полимерной композиционной сотовой конструкцией. С сотовой ячейкой шестигранной формы и толщиной стенки от 0,2 мм до 0,5 мм. Для оптимизации аэродинамической формы и прочностных характеристик, толщина стенки внешней оболочки облегченной лопасти ветрогенератора, равномерно уменьшается от основания до ее окончания, рисунок 1 позиция 1. Толщина стенки внешней оболочки лопасти ветрогенератора определяется по формуле.
где: С - толщина оболочки в определяемом сечении лопасти; 21 - коэффициент корреляции; R - радиус ветроколеса, м; r - радиус определяемого сечения лопасти, м; V - скорость, ветра, м/с; σ- разрушающее напряжение на сжатие, кг/см2. Многослойная полимерная композиционная сотовая конструкция, заполняющая внутреннюю полость облегченной лопасти ветрогенератора, приклеена к стенкам внутренней полости облегченной лопасти ветрогенератора. Имеет геометрические размеры соответствующие внутренней полости. Состоит из нескольких слоев сот наложенных друг на друга и склеенных между собой через перегородочный лист из композиционного материала. Многослойная полимерная композиционная сотовая конструкция, в первом слое имеет размер стороны основания сотовой ячейки от 5 мм до 15 мм, во втором слое, имеет размер стороны основания сотовой ячейки от 15 мм до 30 мм.
Первый и второй слои многослойной полимерной композиционной сотовой конструкция, изготовлены методом склеивания гофрированного листа. Многослойная полимерная композиционная сотовая конструкция, в третьем слое, имеет размер стороны основания сотовой ячейки от 10 мм до 100 мм. Занимает от 50% до 75% длины внутренней полости облегченной лопасти ветрогенератора. Третий слой полимерной сотовой конструкции изготовлен монолитным формованием с применением формообразующих элементов. Предлагаемую в заявке на патент облегченную лопасть ветрогенератора изготавливают в следующей последовательности. В двух формах, по одинаковой технологии изготавливаются две полу-лопасти. Для формирования полу-лопасти, на форму наносят разделительный состав и слой гелькоута. Затем формируется внешняя оболочка облегченной лопасти ветрогенератора, путем нанесения композиционной смеси из рубленного стеклянного волокна и полимерного связующего. После отверждения, на поверхность оболочки облегченной лопасти ветрогенератора наносят полиуретановый клеевой состав и укладывают первый слой сотового наполнителя на рисунке 1 позиция 3. На сотовый наполнитель укладывается перегородочный лист из композиционного материала, на рисунке 1 позиция 6, с нанесенным полиуретановым клеевым составом. На перегородочный лист композиционного материала наносят полиуретановый клеевой состав и укладывают второй слой сотового наполнителя, на рисунке 1 позиция 4. Первый и второй слои сотового наполнителя укладываются на всю длину внутренней полости облегченной лопасти ветрогенератора. Аналогично укладывается перегородочный лист композиционного материала. Третий слой сотового наполнителя, на рисунке 1 позиция 2, укладывается на перегородочный лист композиционного материала и занимает, от 50% до 75% длинны внутренней полости. Во второй форме проделывают аналогичные операции, за исключением установки третьего слоя сотового наполнителя, так как он уже установлен в первой форме. Первую и вторую формы замыкают между собой и помещают в автоклав для склеивания и отверждения. Техническая выполнимость предложенного в заявке изобретения подтверждается успешным выполнением комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства с участием российского высшего учебного заведения. По теме «Разработка и постановка на производство отечественных полимерных композиционных материалов сотовой конструкции, модифицированных фуллеренами, наночастицами оксида кремния и армированных плазмообработанным стеклоровингом для изготовления изделий широкого спектра применения». Договор с Минобрнауки России от 01 октября 2014 г. №02.G25.31.0128.
Claims (8)
1. Композиционный материал для сэндвич-структур для изготовления облегченных лопастей ветрогенератора, включающий волокна сверхвысокомолекулярного полиэтилена и волокна стекла, пропитанные полимерным связующим, отличающийся тем, что полимерное связующее модифицировано нанонаполнителями.
2. Композиционный материал по п. 1, отличающийся тем, что изготовлен из смеси волокна сверхвысокомолекулярного полиэтилена в количестве от 10% до 50% веса волокна и волокон стекла в количестве от 50% до 90% веса волокна.
3. Композиционный материал по п. 1, отличающийся тем, что изготовлен пропиткой волокна полимерным связующим с содержанием мультислойного графена от 0,02% до 0,2% от веса полимерного связующего, астраленов от 0,002% до 0,02% от веса полимерного связующего, фуллерена от 0,002% до 0,02% от веса полимерного связующего, корундовых нанотрубок от 0,01% до 0,3% от веса полимерного связующего.
4. Облегченная лопасть ветрогенератора, включающая внешнюю оболочку и внутреннюю полость, отличающаяся тем, что внешняя оболочка имеет различную толщину, внутренняя полость заполнена многослойной полимерной композиционной сотовой конструкцией с сотовой ячейкой шестигранной формы и толщиной стенки сотовой ячейки от 0,2 мм до 0,5 мм.
5. Облегченная лопасть ветрогенератора по п. 4, отличающаяся тем, что толщина стенки внешней оболочки лопасти ветрогенератора равномерно уменьшается от основания лопасти ветрогенератора до ее окончания.
6. Облегченная лопасть ветрогенератора по п. 4, отличающаяся тем, что многослойная полимерная композиционная сотовая конструкция, заполняющая внутреннюю полость лопасти ветрогенератора, приклеена к стенкам внутренней полости лопасти ветрогенератора, имеет геометрические размеры, соответствующие внутренней полости лопасти ветрогенератора, состоит из нескольких слоев сот наложенных друг на друга и склеенных между собой через стенки из однородных листов композиционного материала.
7. Облегченная лопасть ветрогенератора по п. 4, отличающаяся тем, что многослойная полимерная композиционная сотовая конструкция в первом слое имеет размер стороны основания сотовой ячейки от 5 мм до 15 мм, во втором слое имеет размер стороны основания сотовой ячейки от 15 мм до 30 мм, первый и второй слои многослойной полимерной композиционной сотовой конструкции изготовлены методом склеивания гофрированного листа.
8. Облегченная лопасть ветрогенератора по п. 4, отличающаяся тем, что многослойная полимерная композиционная сотовая конструкция в третьем слое имеет размер стороны основания сотовой ячейки от 30 мм до 100 мм, занимает от 50% до 75% длины внутренней полости лопасти ветрогенератора и третий слой полимерной сотовой конструкции изготовлен монолитным формованием с применением формообразующих элементов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016145378A RU2680510C2 (ru) | 2016-11-18 | 2016-11-18 | Композиционный материал для сэндвич-структур и облегченная лопасть ветрогенератора на их основе |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016145378A RU2680510C2 (ru) | 2016-11-18 | 2016-11-18 | Композиционный материал для сэндвич-структур и облегченная лопасть ветрогенератора на их основе |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016145378A RU2016145378A (ru) | 2018-05-22 |
| RU2016145378A3 RU2016145378A3 (ru) | 2018-07-06 |
| RU2680510C2 true RU2680510C2 (ru) | 2019-02-21 |
Family
ID=62202233
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016145378A RU2680510C2 (ru) | 2016-11-18 | 2016-11-18 | Композиционный материал для сэндвич-структур и облегченная лопасть ветрогенератора на их основе |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2680510C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2782763C1 (ru) * | 2022-01-18 | 2022-11-02 | Солошенко Николай Григорьевич | Способ изготовления входного насадка для входного устройства газотурбинных двигателей газоперекачивающих агрегатов |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101666290A (zh) * | 2009-10-14 | 2010-03-10 | 黄争鸣 | 风力机叶片结构及其加工成型方法和用途 |
| CN101725464A (zh) * | 2008-10-17 | 2010-06-09 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 采用超高强聚乙烯纤维复合材料制造风力发电机叶片的方法 |
| US20130034447A1 (en) * | 2010-01-14 | 2013-02-07 | Saab Ab | Wind turbine blade having an outer surface with improved properties |
-
2016
- 2016-11-18 RU RU2016145378A patent/RU2680510C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101725464A (zh) * | 2008-10-17 | 2010-06-09 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 采用超高强聚乙烯纤维复合材料制造风力发电机叶片的方法 |
| CN101666290A (zh) * | 2009-10-14 | 2010-03-10 | 黄争鸣 | 风力机叶片结构及其加工成型方法和用途 |
| US20130034447A1 (en) * | 2010-01-14 | 2013-02-07 | Saab Ab | Wind turbine blade having an outer surface with improved properties |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2782763C1 (ru) * | 2022-01-18 | 2022-11-02 | Солошенко Николай Григорьевич | Способ изготовления входного насадка для входного устройства газотурбинных двигателей газоперекачивающих агрегатов |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016145378A (ru) | 2018-05-22 |
| RU2016145378A3 (ru) | 2018-07-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rajak et al. | Manufacturing technologies of carbon/glass fiber-reinforced polymer composites and their properties: A review | |
| Kostopoulos et al. | A critical review of nanotechnologies for composite aerospace structures | |
| JP6822147B2 (ja) | 構造体 | |
| US20130196175A1 (en) | Method of making a sandwich panel | |
| US20090047502A1 (en) | Nano-enhanced modularly constructed composite panel | |
| Chang | An investigation on the dynamic behavior and thermal properties of MWCNTs/FRP laminate composites | |
| JP2020509957A (ja) | 繊維強化複合材料、そのための方法、及び同一のものを含む物品 | |
| CN102371688A (zh) | 利用树脂浸渍纤维材料的设备和形成纤维加强的塑料部件的方法 | |
| Li et al. | Study on the mechanical properties of CFRP composite auxetic structures consist of corrugated sheets and tubes | |
| US20190299495A1 (en) | Method for manufacturing structure material | |
| CN106853708B (zh) | 浮力补偿型耐撞吸能复合材料多层阵列结构模块 | |
| EP3126133A1 (en) | Systems and methods of producing a structural and non-structural homogeneous and hybrid composite panels, prepregs, hand layup panels with "basalt" fiber, various composite materials, and additives | |
| JP2017128705A (ja) | 炭素繊維シート材、プリプレグ、積層体、成形体及びそれらの製造方法 | |
| Buyuknalcaci et al. | Carbon nanotube-based nanocomposites for wind turbine applications | |
| US20210316526A1 (en) | Fiber-reinforced composite blank, fiber-reinforced composite component, rotor blade element, rotor blade and wind turbine and method for producing a fiber-reinforced composite blank and method for producing a fiber-reinforced composite component | |
| RU2680510C2 (ru) | Композиционный материал для сэндвич-структур и облегченная лопасть ветрогенератора на их основе | |
| CN204660016U (zh) | 多层格栅承力筒 | |
| Kausar et al. | Leading-edge polymer/carbonaceous nano-reinforcement nanocomposites—opportunities for space sector | |
| CN111844947A (zh) | 一种新型设备舱板及其制备方法 | |
| Dalina et al. | Properties of fiberglass/MWCNT buckypaper/epoxy laminated composites | |
| Özbek et al. | Effect of cut-outs on the free vibration response of basalt/carbon hybrid composites | |
| KR102427938B1 (ko) | 레이더 흡수 복합재료 구조체 및 그 제조 방법 | |
| Radouane et al. | Fiber inclusions-based epoxy composites and their applications | |
| Kumar et al. | A Literature Review for Development of Advanced Composites Materials by Reinforcement of Epoxy Composites with Graphene and Natural Silk | |
| Bunea et al. | Bending and compressive properties of fabric reinforced composites |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191119 |