風力發電機葉片材料選用介紹

　　葉片是風力發電機組的重要構件。它將風能傳遞給發電機的轉子，使之旋轉切割磁力線而發電。為確保在野外極其惡劣環境中長期不停、安全地運行，對葉片材料的要求是：①密度小且具有最佳的疲勞強度和力學性能，能經受住極端惡劣條件和隨機的負荷（如暴風等）的考驗，確保安全運轉20年以上；②成本（精確說為分攤到每度電的成本）低；③葉片的彈性、旋轉時的慣性及其振動頻率特性曲紅都正常，傳遞給整個發電系統的負荷穩定性好；④耐腐蝕、耐紫外線（UV）照射和抗雷擊性好；⑤維護費用低。 
　　FRP完全可以滿足以上要求，是最佳的風力發電機葉片材料。 
　　1.1  GFRP 
　　目前商品化的大型風機葉片大多采用玻璃纖維增強塑料（GFRP）制造。GFRP葉片的特點為： 
　　①可根據風機葉片的受力特點來設計強度與剛度  風機葉片主要是縱向受力，即氣動彎曲和離心力，氣動彎曲載荷比離心力大得多，由剪切與扭轉產生的剪應力不大。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，可達到最大氣動效率  為了達到最佳氣動效果，利用葉片復雜的氣動外形，在風輪的不同半徑處設計不同的葉片弦長、厚度、扭角和翼型，如用金屬制造則十分困難。同時GFRP葉片可實現批量生產。 
　　③使用時間長達20年，能經受108以上疲勞交變載荷GFRP疲勞強度較高，缺口敏感性低，內阻尼大，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，可將風機安裝在戶外，特別對于近年來大力發展的離岸風電場來說，能將風機安裝在海上，使風力機組及其葉片經受各種氣候環境的考驗。 
　　為了提高GFRP的性能，還可通過表面處理，上漿和涂覆等對GF進行改性。美國的研究表明，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到碳纖維（CF）的水平。 
　　 GFRP的受力特點是在GF方向能承受很高的拉應力，而其它方向承受的力相對較小。
圖1是典型葉片的截面圖。葉片由蒙皮和主梁組成，蒙皮采用夾芯結構，中間層是硬質泡沫塑料或Balsa木，上下面層為GFRP。面層由單向層和±45°層組成。單向層可選用單向織物或單向GF鋪設，一般用7或4GF布，以承受由離心力和氣動彎矩產生的軸向應力；為簡化成型工藝，可不用±45°GF布層，而采用1:1GF布，均沿軸向鋪設，以承受主要由扭矩產生的剪切應力，一般鋪放在單向層外側。梁的結構形式既可以是夾芯結構，也可以是實心GFRP結構。但是，在蒙皮與主梁的結合部位即梁帽處必須是實心GFRP結構。這是因為此部分梁與蒙皮相互作用，應力較大，必須保證蒙皮的強度和剛度。