一种雷击测试玻璃纤维增强树脂基复合材料的实验平台制造技术

本发明专利技术涉及雷击实验领域，具体涉及一种雷击测试玻璃纤维增强树脂基复合材料的实验平台，包括冲击电流发生器、绝缘支架、引流装置、接地回路和样品监测装置，所述冲击电流发生器包括充电模块、储能模块、触发模块、波形调节模块和测控模块。本发明专利技术解决了目前的国内外标准都没有雷击玻璃纤维增强树脂基复合材料GFRP的实验装置规定，雷击实验室面对测试需求也难以开展相关的测试服务的问题。本发明专利技术通过冲击电流发生器产生波形和幅值可调的雷击电流，可根据样品安装位置的预期雷电流进行实验，彻底解决了雷电流测试中波形和幅值的要求，极大地提高了实验和真实雷击情况的一致性。

A lightning test platform for glass fiber reinforced resin matrix composites

【技术实现步骤摘要】
一种雷击测试玻璃纤维增强树脂基复合材料的实验平台
本专利技术涉及雷击实验领域，具体涉及一种雷击测试玻璃纤维增强树脂基复合材料的实验平台。
技术介绍
雷电对地面的结构/建筑物会造成严重的威胁。近年来随着可再生能源的大力发展，对更高效的风力发电和制造技术的需求快速增长，使得世界范围内的风力涡轮机的尺寸在不断加大。叶片顶端高度的增加和风力发电场被放置在海上的趋势使得风力涡轮机遭受雷击的风险增加。风机叶片遭受雷击，维修更换会导致长时间的停机，并造成昂贵的经济损失。尤其是近年来风机叶片采用大量的导电性能差的玻璃纤维增强树脂基复合材料GFRP，使得风机叶片遭受雷击时的损伤程度加大。为了研究和测试用于风机叶片的玻璃纤维增强树脂基复合材料GFRP，叶片厂家、风机厂家和风电场业主等要求对叶片所使用的GFRP材料进行雷击实验。目前的国内外标准都没有雷击玻璃纤维增强树脂基复合材料GFRP的实验装置规定，雷击实验室面对测试需求也难以开展相关的测试服务。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种雷击测试玻璃纤维增强树脂基复合材料的实验平台，解决风机叶片在雷击下的耐受性能的考核和研究，提升风机叶片的雷电防护能力，降低了风机的雷击损失，在整体上提升风机系统运行的稳定性和安全性。为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种雷击测试玻璃纤维增强树脂基复合材料的实验平台，包括冲击电流发生器、绝缘支架、引流装置、接地回路和样品监测装置；所述冲击电流发生器用于输出第一雷击电流和接收第二雷击电流；所述绝缘支架用于放置GFRP样品，所述引流装置用于将所述第一雷击电流引导至GFRP样品上，所述接地回路用于接收来自所述GFRP样品的第二雷击电流并将其引回至所述冲击电流发生器，所述样品监测装置用于拍摄及记录样品在实验过程中的状态。优选地，所述冲击电流发生器用于产生规定波形和幅值的第一雷击电流；其包括：充电模块、储能模块、触发模块、波形调节模块、输出模块、接收模块和测控模块；其中，所述充电模块用于将电网的交流电通过整流硅堆转换直流电给储能模块冲电；所述储能模块用于存储电荷；所述触发模块用于接通所述储能模块和放电回路，将存储在所述储能模块中的电荷进行泄放，形成放电电流；所述波形调节模块用于调节放电电流的波形，以使所述放电电流的波形满足设定的要求；所述输出模块，用于将调节得到的所述第一雷击电流输出至所述引流装置；所述测控模块用于控制所述充电模块、储能模块、触发模块和波形调节模块的协同工作，同时测量放电电流的波形和幅值，监控所述冲击电流发生器的工作状态和输出；所述接收模块用于接收来自所述接地回路的第二雷击电流。优选地，所述绝缘支架包括绝缘承载台、绝缘挡板和放电电极；所述绝缘承载台用于放置样品；所述绝缘挡板架设在所述绝缘承载台的上方，所述放电电极向下贯穿在所述绝缘挡板中；所述放电电极的上端与所述引流装置连接，下端与所述绝缘承载台之间留有间隙；所述间隙的距离大于样品的厚度。优选地，所述引流装置为导体材料制成，用于将所述冲击电流发生器产生的第一雷击电流引入所述绝缘支架上的放电电极，从而实现第一雷击电流流入GFRP样品。优选地，所述引流装置的材料为铜皮、铜编织带或铜缆。优选地，所述接地回路为导体材料制成，用于将流出GFRP样品的第二雷击电流引导回所述冲击电流发生器中；所述接地回路的一端连接于GFRP样品上，另一端连接于所述冲击电流发生器上。优选地，所述接地回路的材料为铜皮、铜编织带或铜缆。更优选地，所述放电电极为圆柱长条状。优选地，所述引流装置和所述接地回路的表面还设置有保护层。优选地，所述保护层的材料为阻燃橡胶复合材料制备而成，所述阻燃橡胶复合材料按照重量份，由以下成分组成：PVC树脂50～80份，氯丁橡胶10～20份，丁苯橡胶30～50份，硬脂酸3～5份，粉煤灰8～16份，纳米蒙脱土35～45份，二乙氧基二甲基硅烷2～3份，膨胀珍珠岩20～30份，麦饭石粉20～30份，防老剂2.5～5份，过氧化苯甲酸叔丁酯2～4份。优选地，所述绝缘承载台和绝缘挡板由支撑结构和覆盖在所述支撑结构表面的绝缘材料层组成；所述绝缘材料层为气凝胶绝缘材料制备而成；所述支撑结构为绝缘性能优异的环氧板。优选地，所述环氧板由改性环氧树脂复合材料组成；其中，所述改性环氧树脂复合材料的制备方法如下：(1)将一种或一种以上含有环氧基团的三烷氧基硅烷在pH＝3的条件下进行水解缩聚反应，制得环氧基半硅氧烷；(2)将有机硅预聚体与粘度低于5000mpa·s的环氧树脂混合均匀，以无水乙醇和丙酮作为反应介质，制备出有机硅改性环氧树脂预聚体；其中，所述有机硅预聚体为一种或一种以上三烷氧基硅烷水解混合产物；(3)将所述环氧基半硅氧烷与所述有机硅改性环氧树脂预聚体以质量比为0.5:1混合，在60℃下继续反应2～5h，减压脱除低分子副产物及溶剂，加入活性稀释剂以及固化剂即可得到改性环氧树脂复合材料。优选地，所述气凝胶绝缘材料的制备方法为：S1.将磷酸二氢铝溶于去离子水中，以200～300rpm的速度搅拌10～12h，得到磷酸二氢铝溶液；将埃洛石纳米粉与去离子水混合，以8000～10000rpm的速度搅拌0.5～1h，形成均匀的埃洛石混合液；将所述磷酸二氢铝溶液与所述埃洛石混合液以体积比为1:1混合至均匀，得到混合液A；其中，磷酸二氢铝与去离子水的质量比为1～3:100；埃洛石纳米粉与去离子水的质量比为2～5:100；S2.称取0.2g硫酸钙粉末和0.1g柠檬酸亚锡二钠至所述混合液A中，以8000～10000rpm的速度混合5～10min，之后放置于室温下静置固化24～48h，得到固体物B；其中，硫酸钙粉末、柠檬酸亚锡二钠和所述混合液A的质量比为2:1:100；S3.将所述固体物B置于质量浓度为30～50％的乙醇溶液中，升温至35～40℃，以50～100rpm的速度搅拌2～5h，得到产物C；其中，所述固体物B与乙醇溶液的质量比为1:50～100；S4.将所述产物C缓慢置于乙二醇/干冰浴中，直至所述产物C被完全浸没，之后静置10～20min，取出后置于真空-50℃条件下冷冻干燥，最终得到气凝胶绝缘材料；其中，乙二醇/干冰浴的温度控制在-15～-10℃之间。优选地，所述雷击实验装置在使用时，应与装置周围的导体及地面保持大于50cm的距离。本专利技术用于雷击测试玻璃纤维增强树脂基复合材料GFRP，具有以下优点：1.本专利技术通过冲击电流发生器产生波形和幅值可调的雷击电流，可根据样品安装位置的预期雷电流进行实验，彻底解决了雷电流测试中波形和幅值的要求，极大地提高了实验和真实雷击情况的一致性。2.本专利技术设计了绝缘支架，引流装置和接地回路。绝缘支架应牢固、稳定并具有对周围导体和对地足够的绝缘强度。支架上可水平放置GFRP样品。引流装置可用铜皮，铜编织带或铜缆，将从冲击电流发生器输出的雷击电流安全、可控地注本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种雷击测试玻璃纤维增强树脂基复合材料的实验平台，其特征在于，包括冲击电流发生器、绝缘支架、引流装置、接地回路和样品监测装置；所述冲击电流发生器用于输出第一雷击电流和接收第二雷击电流；所述绝缘支架用于放置GFRP样品，所述引流装置用于将所述第一雷击电流引导至GFRP样品上，所述接地回路用于接收来自所述GFRP样品的第二雷击电流并将其引回至所述冲击电流发生器，所述样品监测装置用于拍摄及记录样品在实验过程中的状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种雷击测试玻璃纤维增强树脂基复合材料的实验平台，其特征在于，包括冲击电流发生器、绝缘支架、引流装置、接地回路和样品监测装置；所述冲击电流发生器用于输出第一雷击电流和接收第二雷击电流；所述绝缘支架用于放置GFRP样品，所述引流装置用于将所述第一雷击电流引导至GFRP样品上，所述接地回路用于接收来自所述GFRP样品的第二雷击电流并将其引回至所述冲击电流发生器，所述样品监测装置用于拍摄及记录样品在实验过程中的状态。


2.根据权利要求1所述的一种雷击测试玻璃纤维增强树脂基复合材料的实验平台，其特征在于，所述冲击电流发生器用于产生规定波形和幅值的第一雷击电流；其包括：充电模块、储能模块、触发模块、波形调节模块、输出模块、接收模块和测控模块；
其中，所述充电模块用于将电网的交流电通过整流硅堆转换直流电给储能模块冲电；所述储能模块用于存储电荷；所述触发模块用于接通所述储能模块和放电回路，将存储在所述储能模块中的电荷进行泄放，形成放电电流；所述波形调节模块用于调节放电电流的波形，以使所述放电电流的波形满足设定的要求；所述输出模块，用于将调节得到的所述第一雷击电流输出至所述引流装置；所述测控模块用于控制所述充电模块、储能模块、触发模块和波形调节模块的协同工作，同时测量放电电流的波形和幅值，监控所述冲击电流发生器的工作状态和输出；所述接收模块用于接收来自所述接地回路的第二雷击电流。


3.根据权利要求1所述的一种雷击测试玻璃纤维增强树脂基复合材料的实验平台，其特征在于，所述绝缘支架包括绝缘承载台、绝缘挡板和放电电极；所述绝缘承载台用于放置样品；所述绝缘挡板架设在所述绝缘承载台的上方，所述放电电极向下贯穿在所述绝缘挡板中；所述放电电极的上端与所述引流装置连接，下端与所述绝缘承载台之间留有间隙；所述间隙的距离大于样品的厚度。


4.根据权利要求1所述的一种雷击测试玻璃纤维增强树脂基复合材料的实验平台，其特征在于，所述引流装置为导体材料制成，用于将所述冲击电流发生器产生的第一雷击电流引入所述绝缘支架上的放电电极，从而实现第一雷击电流流入GFRP样品。


5.根据权利要求1所述的一种雷击测试玻璃纤维增强树脂基复合材料的实验平台，其特征在于，所述接地回路为导体材料制成，用于将流出GFRP样品的第二雷击电流引导回所述冲击电流发生器中...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨震，赵洋，陈华晖，周歧斌，王肃，王建国，陆彬，
申请(专利权)人：上海市避雷装置检测站工程部，上海市气象灾害防御技术中心，
类型：发明
国别省市：上海;31