風(fēng)機(jī)葉片是接受風(fēng)能的主要部件,要獲得較大的風(fēng)力發(fā)電功率,其關(guān)鍵就在于要有能輕快旋轉(zhuǎn)的葉片。所以,風(fēng)機(jī)葉片技術(shù)是風(fēng)電機(jī)組的核心技術(shù)。葉片的設(shè)計(jì)除了要有高效的接受風(fēng)能的翼型、合理的安裝角,科學(xué)的升阻比、尖速比和葉片扭角外,還要有合理的結(jié)構(gòu)、優(yōu)質(zhì)的材料和先進(jìn)的工藝,使葉片具有可靠的承擔(dān)風(fēng)力的能力。葉片表面的光滑程度直接影響葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)與空氣的摩擦阻力,纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在比強(qiáng)度、比剛度方面具有其他材料無可比擬的優(yōu)越性,加上其耐疲勞、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、抗腐蝕、耐高溫等優(yōu)異性能。因此,纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是目前風(fēng)電葉片的首選材料。
纖維增強(qiáng)復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片的相對(duì)優(yōu)勢(shì)
風(fēng)機(jī)葉片的外形和受力情況非常復(fù)雜,而且對(duì)尺寸精度、表面光潔度及質(zhì)量分布等都有較高的要求。因此,用其他材料制造葉片時(shí),往往會(huì)遇到復(fù)雜的加工問題,而且工藝裝備多,生產(chǎn)周期長(zhǎng),勞動(dòng)強(qiáng)度大,成品率低?,F(xiàn)代的風(fēng)機(jī)葉片都采用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,葉片是一個(gè)大型的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。與其他材料的葉片相比,復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片具有下列優(yōu)點(diǎn):
1、可根據(jù)風(fēng)機(jī)葉片的受力特點(diǎn)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)彎曲荷載比離心力大得多,由剪切與扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪應(yīng)力不大。利用纖維受力為主的受力理論,可把主要纖維安排在葉片的縱向,這樣就可減輕葉片的質(zhì)量(甚至比鋁葉片還輕)。而質(zhì)量的減輕可以降低葉片的離心力及重力引起的交變載荷。采用三明治夾層結(jié)構(gòu)和設(shè)置加強(qiáng)肋可提高葉片的剛度。碳纖維、芳綸、高密度聚乙烯纖維的開發(fā)和應(yīng)用,使葉片的取材范圍更加廣闊。
2、翼型容易成型,并達(dá)到最大氣動(dòng)效率
為了達(dá)到最佳氣動(dòng)效果,風(fēng)機(jī)葉片具有復(fù)雜的氣動(dòng)外形。在風(fēng)輪的不同半徑處,葉片的弦長(zhǎng)、厚度、扭角和翼型都是不同的,如用金屬制造十分困難。尤其是大、中型葉片。而復(fù)合材料葉片的成型工藝簡(jiǎn)單,只要有模具即可,而且制成的葉片表面光滑、葉型精確。
3、抗振性好,自振頻率可自行設(shè)計(jì)
復(fù)合材料的內(nèi)阻尼大,抗振性好是制作葉片的理想材料;而且葉片的自振頻率可以在很大范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整,從而避開共振區(qū)。
4、疲勞度較高
風(fēng)機(jī)葉片使用20a,要經(jīng)受108次以上疲勞交變,因此材料的疲勞性能要好。復(fù)合材料缺口敏感性低,缺口擴(kuò)展受到完好纖維的制約,可以提高葉片的安全性。
5、耐腐蝕性和耐氣候性好
風(fēng)力機(jī)安裝在戶外,近年來又大力發(fā)展離岸風(fēng)電場(chǎng),風(fēng)力機(jī)安裝在海上,風(fēng)力機(jī)組及葉片要受到各種氣候環(huán)境的影響選擇合適的原材料,可以使復(fù)合材料葉片具有良好的耐酸、耐堿、耐海水、耐氣候等性能。
6、維修簡(jiǎn)便,易于修補(bǔ)
復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片除了每隔若千年要在葉片表面進(jìn)行適當(dāng)維修(例如均勻涂漆)以外,一般不需要較大的維修。