1 制造風機葉片的主要材料
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。