風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要構(gòu)件是葉片，具有將風(fēng)能傳遞給發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)切割力線而發(fā)電的作用。風(fēng)力發(fā)電機(jī)中葉片的設(shè)計(jì)直接影響風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率，作為風(fēng)能利用的重要一環(huán)，直接影響其年發(fā)電量。本文主要介紹了風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片材料的選用與設(shè)計(jì)。



一、為什么風(fēng)力發(fā)電只有三個(gè)葉片

現(xiàn)在世界上最大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其葉子長(zhǎng)度大約能夠達(dá)到164cm左右，并且每一扇發(fā)電葉重量達(dá)32噸。這對(duì)于我們國(guó)家來(lái)說(shuō)，成本過(guò)于巨大，無(wú)法普及在每個(gè)地區(qū)，并且伴隨著葉數(shù)增加、成本增加的情況下，電力并沒(méi)有得到很大的增加。

相對(duì)來(lái)說(shuō)，三葉的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的性價(jià)比比較合適一些，因此在一切因素的綜合考慮之下，還是決定用三葉風(fēng)車，這是一個(gè)很棒的設(shè)計(jì)。

二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片材料的選用

1、木制葉片及布蒙皮葉片

近代木制葉片充分運(yùn)用在微、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)里，但是木制葉片不容易做成扭曲型。木制葉片很少運(yùn)用在大、中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，一般運(yùn)用木制葉片的產(chǎn)品，都是會(huì)選用高強(qiáng)度的整體木方做葉片縱梁來(lái)承擔(dān)葉片在工作時(shí)所必須承擔(dān)的力和彎矩。

2、鋼梁玻璃纖維蒙皮葉片

一般葉片運(yùn)用在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，在近代葉片的肋梁采用鋼板材質(zhì)，縱梁采用鋼管或者D型型鋼，內(nèi)填泡沫塑料外覆玻璃鋼蒙皮的機(jī)構(gòu)形式。要滿足扭曲葉片的要求并減輕葉片重量，即做成等強(qiáng)度梁，葉片縱梁的鋼管及D型型鋼從葉根至葉尖的截面應(yīng)逐漸變小。

3、鋁合金等弦長(zhǎng)擠壓成型葉片

比較容易制造的是用鋁合金擠壓成型的等弦長(zhǎng)葉片，可通過(guò)焊接或螺栓連接來(lái)實(shí)現(xiàn)葉根與輪轂連接的軸及法蘭。鋁合金葉片具有重量輕、加工便捷的特點(diǎn)，但無(wú)法做到從葉根至葉尖漸縮的葉片，至今這種擠壓工藝世界各國(guó)仍未解決。除此之外，鋁合金材料在空氣中的老化和氧化問(wèn)題也值得研究。

4、玻璃鋼葉片

玻璃鋼（glass fiber reinforced plastic），我們簡(jiǎn)稱GFRP，意思是環(huán)氧樹脂、不飽和樹脂等塑料滲入長(zhǎng)度不同的玻璃纖維或碳纖維而做成的增強(qiáng)塑料。增強(qiáng)塑料強(qiáng)度高、重量輕、耐老化，表面可再纏玻璃纖維及涂環(huán)氧樹脂，其他部分填充泡沫塑料。泡沫在葉片中可以做到保證其穩(wěn)定性的同時(shí)降低葉片質(zhì)量。促使葉片在滿足剛度的同時(shí)增大捕風(fēng)面積。

三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的設(shè)計(jì)

優(yōu)化設(shè)計(jì)風(fēng)電葉片是要滿足一定的設(shè)計(jì)目標(biāo)，但是會(huì)出現(xiàn)相互矛盾的要求，比如最大功率限制輸出；振動(dòng)最小化和避免出現(xiàn)共振；保證葉片結(jié)構(gòu)局部和整體穩(wěn)定性；材料消耗最小化；年輸出功率最大化；葉片結(jié)構(gòu)滿足適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度要求和剛度要求。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和氣動(dòng)設(shè)計(jì)是風(fēng)電葉片設(shè)計(jì)兩個(gè)大的階段。其中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求滿足后四條目標(biāo)，氣動(dòng)設(shè)計(jì)要求滿足前兩條目標(biāo)。一般這兩個(gè)階段不是獨(dú)立進(jìn)行的，而是一個(gè)重復(fù)反饋的過(guò)程，為了能夠容納腹板，提高葉片剛度，葉片厚度必須足夠。

綜上，本文介紹了風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片材料的選用與葉片設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容。長(zhǎng)度相同的葉片，會(huì)受翼型差異影響，導(dǎo)致功率不同。所以優(yōu)化葉片結(jié)構(gòu)是葉片廠家需要不斷進(jìn)步的技術(shù)，事實(shí)上真正優(yōu)秀葉片的具體形狀的確定是個(gè)很繁雜的過(guò)程，對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)要求非常高。