風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片材料選用介紹

　　葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要構(gòu)件。它將風(fēng)能傳遞給發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，使之旋轉(zhuǎn)切割磁力線而發(fā)電。為確保在野外極其惡劣環(huán)境中長(zhǎng)期不停、安全地運(yùn)行，對(duì)葉片材料的要求是：①密度小且具有最佳的疲勞強(qiáng)度和力學(xué)性能，能經(jīng)受住極端惡劣條件和隨機(jī)的負(fù)荷（如暴風(fēng)等）的考驗(yàn)，確保安全運(yùn)轉(zhuǎn)20年以上；②成本（精確說(shuō)為分?jǐn)偟矫慷入姷某杀荆┑停虎廴~片的彈性、旋轉(zhuǎn)時(shí)的慣性及其振動(dòng)頻率特性曲紅都正常，傳遞給整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)荷穩(wěn)定性好；④耐腐蝕、耐紫外線（UV）照射和抗雷擊性好；⑤維護(hù)費(fèi)用低。 
　　FRP完全可以滿足以上要求，是最佳的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片材料。 
　　1.1  GFRP 
　　目前商品化的大型風(fēng)機(jī)葉片大多采用玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GFRP）制造。GFRP葉片的特點(diǎn)為： 
　　①可根據(jù)風(fēng)機(jī)葉片的受力特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)強(qiáng)度與剛度  風(fēng)機(jī)葉片主要是縱向受力，即氣動(dòng)彎曲和離心力，氣動(dòng)彎曲載荷比離心力大得多，由剪切與扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪應(yīng)力不大。利用玻璃纖維（GF）受力為主的受力理論，可將主要GF布置在葉片的縱向，這樣就可使葉片輕量化。 
　　②翼型容易成型，可達(dá)到最大氣動(dòng)效率  為了達(dá)到最佳氣動(dòng)效果，利用葉片復(fù)雜的氣動(dòng)外形，在風(fēng)輪的不同半徑處設(shè)計(jì)不同的葉片弦長(zhǎng)、厚度、扭角和翼型，如用金屬制造則十分困難。同時(shí)GFRP葉片可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。 
　　③使用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)20年，能經(jīng)受108以上疲勞交變載荷GFRP疲勞強(qiáng)度較高，缺口敏感性低，內(nèi)阻尼大，抗震性能較好。 
　　④耐腐蝕性好  由于GFRP具有耐酸、堿、水汽的性能，可將風(fēng)機(jī)安裝在戶外，特別對(duì)于近年來(lái)大力發(fā)展的離岸風(fēng)電場(chǎng)來(lái)說(shuō)，能將風(fēng)機(jī)安裝在海上，使風(fēng)力機(jī)組及其葉片經(jīng)受各種氣候環(huán)境的考驗(yàn)。 
　　為了提高GFRP的性能，還可通過(guò)表面處理，上漿和涂覆等對(duì)GF進(jìn)行改性。美國(guó)的研究表明，采用射電頻率等離子體沉積去涂覆E-GF，其拉伸及耐疲勞性可達(dá)到碳纖維（CF）的水平。 
　　 GFRP的受力特點(diǎn)是在GF方向能承受很高的拉應(yīng)力，而其它方向承受的力相對(duì)較小。
圖1是典型葉片的截面圖。葉片由蒙皮和主梁組成，蒙皮采用夾芯結(jié)構(gòu)，中間層是硬質(zhì)泡沫塑料或Balsa木，上下面層為GFRP。面層由單向?qū)雍?plusmn;45°層組成。單向?qū)涌蛇x用單向織物或單向GF鋪設(shè)，一般用7或4GF布，以承受由離心力和氣動(dòng)彎矩產(chǎn)生的軸向應(yīng)力；為簡(jiǎn)化成型工藝，可不用±45°GF布層，而采用1:1GF布，均沿軸向鋪設(shè)，以承受主要由扭矩產(chǎn)生的剪切應(yīng)力，一般鋪放在單向?qū)油鈧?cè)。梁的結(jié)構(gòu)形式既可以是夾芯結(jié)構(gòu)，也可以是實(shí)心GFRP結(jié)構(gòu)。但是，在蒙皮與主梁的結(jié)合部位即梁帽處必須是實(shí)心GFRP結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)榇瞬糠至号c蒙皮相互作用，應(yīng)力較大，必須保證蒙皮的強(qiáng)度和剛度。