風(fēng)力發(fā)電機組的重要構(gòu)件是葉片，具有將風(fēng)能傳遞給發(fā)電機的轉(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)電機中葉片的設(shè)計直接影響風(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)電機葉片材料的選用與設(shè)計。



一、為什么風(fēng)力發(fā)電只有三個葉片

現(xiàn)在世界上最大的風(fēng)力發(fā)電機，其葉子長度大約能夠達到164cm左右，并且每一扇發(fā)電葉重量達32噸。這對于我們國家來說，成本過于巨大，無法普及在每個地區(qū)，并且伴隨著葉數(shù)增加、成本增加的情況下，電力并沒有得到很大的增加。

相對來說，三葉的風(fēng)力發(fā)電機的性價比比較合適一些，因此在一切因素的綜合考慮之下，還是決定用三葉風(fēng)車，這是一個很棒的設(shè)計。

二、風(fēng)力發(fā)電機葉片材料的選用

1、木制葉片及布蒙皮葉片

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

2、鋼梁玻璃纖維蒙皮葉片

一般葉片運用在大型風(fēng)力發(fā)電機上，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葉片，可通過焊接或螺栓連接來實現(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，但無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仍未解決。除此之外，鋁合金材料在空氣中的老化和氧化問題也值得研究。

4、玻璃鋼葉片

玻璃鋼（glass fiber reinforced plastic），我們簡稱GFRP，意思是環(huán)氧樹脂、不飽和樹脂等塑料滲入長度不同的玻璃纖維或碳纖維而做成的增強塑料。增強塑料強度高、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)定性的同時降低葉片質(zhì)量。促使葉片在滿足剛度的同時增大捕風(fēng)面積。

三、風(fēng)力發(fā)電機葉片的設(shè)計

優(yōu)化設(shè)計風(fēng)電葉片是要滿足一定的設(shè)計目標(biāo)，但是會出現(xiàn)相互矛盾的要求，比如最大功率限制輸出；振動最小化和避免出現(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)膹姸纫蠛蛣偠纫蟆?br/>
結(jié)構(gòu)設(shè)計和氣動設(shè)計是風(fēng)電葉片設(shè)計兩個大的階段。其中結(jié)構(gòu)設(shè)計要求滿足后四條目標(biāo)，氣動設(shè)計要求滿足前兩條目標(biāo)。一般這兩個階段不是獨立進行的，而是一個重復(fù)反饋的過程，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)電機葉片材料的選用與葉片設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容。長度相同的葉片，會受翼型差異影響，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步的技術(shù)，事實上真正優(yōu)秀葉片的具體形狀的確定是個很繁雜的過程，對空氣動力學(xué)、流體力學(xué)要求非常高。