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风机叶片,夹层材料

风力发电机叶片工艺流程

风力发电机叶片制作工艺流程

传统能源资源的大量使用带来了许多的环境问题和社会问题，

并且其存储量大大降低，因而风能作为一种清洁的可循环再生的

能源，越来越受到世界各国的广泛关注。风力发电机叶片是接受

风能的最主要部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是

保证发电机组正常稳定运行的决定因素，其成本约为整个机组成

本的15%-20%。根据“风机功价比法则”，风力发电机的功率与叶

片长度的平方成正比，增加长度可以提高单机容量，但同时会造

成发电机的体积和质量的增加，使其造价大幅度增加。并且，随

着叶片的增大，刚度也成为主要问题。为了实现风力的大功率发

电，既要减轻叶片的重量，又要满足强度与刚度要求，这就对叶

片材料提出了很高的要求。

1碳纤维在风力发电机叶片中的应用

叶片材料的发展经历了木制、铝合金的应用，进入了纤维复合

材料时代。纤维材料比重轻，疲劳强度和机械性能好，能够承载

恶劣环境条件和随机负荷，目前最普遍采用的是玻璃纤维增强聚

酯（环氧）树脂。但随着大功率发电机组的发展，叶片长度不断

增加，为了防止叶尖在极端风载下碰到塔架，就要求叶片具有更

高的刚度。国外专家认为，玻璃纤维复合材料的性能已经趋于极

限，不能满足大型叶片的要求，因此有效的办法是采用性能更佳

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的碳纤维复合材料。

1）提高叶片刚度，减轻叶片质量

碳纤维的密度比玻璃纤维小约30%，强度大40%，尤其是模量

高3～8倍。大型叶片采用碳纤维增强可充分发挥其高弹轻质的优

点。荷兰戴尔弗理工大学研究表明，一个旋转直径为120m的风

机的叶片，由于梁的质量超过叶片总质量的一半，梁结构采用碳

纤维，和采用全玻璃纤维的相比，质量可减轻40%左右；碳纤维

复合材料叶片刚度是玻璃纤维复合材料叶片的2倍。据分析，采

用碳纤维／玻璃纤维混杂增强方案，叶片可减轻20％～30％。

VestaWindSystem公司的V90型3.0MW发电机的叶片长44m，

采用碳纤维代替玻璃纤维的构件，叶片质量与该公司V80型

2.0MW发电机且为39m长的叶片质量相同。同样是34m长的叶

片，采用玻璃纤维增强聚脂树脂时质量为5800kg，采用玻璃纤维

增强环氧树脂时质量为5200kg，而采用碳纤维增强环氧树脂时质

量只有3800kg。其他的研究也表明，添加碳纤维所制得的风机叶

片质量比采用玻璃纤维的轻约32%，而且成本下降约16%。

2）提高叶片抗疲劳性能

风机总是处在条件恶劣的环境中，并且24h处于工作状态。这

就使材料易于受到损害。相关研究表明，碳纤维合成材料具有良

好的抗疲劳特性，当与树脂材料混合时，则成为了风力机适应恶

劣气候条件的最佳材料之一。

3）使风机的输出功率更平滑更均衡,提高风能利用效率

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使用碳纤维后，叶片质量的降低和刚度的增加改善了叶片的空

气动力学性能，减少对塔和轮轴的负载，从而使风机的输出功率

更平滑更均衡，提高能量效率。同时，碳纤维叶片更薄，外形设

计更有效，叶片更细长，也提高了能量的输出效率。

4）可制造低风速叶片

碳纤维的应用可以减少负载和增加叶片长度，从而制造适合于

低风速地区的大直径风叶，使风能成本下降。

5）可制造自适应叶片

叶片装在发电机的轮轴上，叶片的角度可调。目前主动型调节

风机的设计风速为13～15m/s(29～33英里/h)，当风速超过时，则

调节风叶斜度来分散超过的风力，防止对风机的损害。斜度控制