風力發電機組葉片的設計概述

    葉片是風力發電機組關鍵的部件。在風力發電機組設計中,葉片外形設計尤為重要,它涉及機組能否獲得所希望的功率。
    葉片的疲勞特性也十分突出,由于它要承受較大的風負載,而且是在地球引力場中運行,重力變化相當復雜。以600kW風力發電機組為例,其額定轉速大約為27 轉/分鐘,在20 年壽命期內,大約轉動2×108次,葉片由于自重而產生相同次數的彎矩變化。
    對于復合材料葉片來說,每種復合材料或多或少存在疲勞特性問題,當它受到交變負載時,會產生很高的負載變化次數。如果材料所承受的負載超過其相應的疲勞極限,它將限制材料的受力次數。當材料出現疲勞失效時,部件就會產生疲勞斷裂。疲勞斷裂通常從材料表面開始,然后是截面,后到材料徹底破壞。
    在葉片的結構強度設計中要充分考慮到所用材料的疲勞特性。先要了解葉片所承受的力和力矩,以及在特定的運行條件下風負載的情況。在受力大的部位危險,在這些地方負載很容易達到材料承受極限。 
    葉片的重量完全取決于其結構形式,目前生產的葉片,多為輕型葉片,承載好而且很可靠。輕型結構葉片的優點:
    1) 在變距時驅動質量小,在很小的葉片機構動力下產生很高的調節速度;
    2) 減少風力發電機組總重量;
    3) 風輪的機械剎車力矩很小;
    4) 周期振動彎矩由于自重減輕而很小。
    5) 減少了材料成本;
    6) 運費減少;
    7) 便于安裝。
    缺點:
    1) 要求葉片結構必須可靠,制造費用高;
    2) 所用材料成本高;
    3) 風輪推力小,風輪在陣風時反應敏感,因此,要求功率調節也要快;
    4) 材料特性及負載計算必須很準確,以免超載。
    目前葉片多為玻璃纖維增強復合材料(GRP),基體材料為聚酯樹脂或環氧樹脂。環氧樹脂比聚酯樹脂強度高,材料疲勞特性好,且收縮變形小。聚酯材料較便宜,它在固化時收縮大,在葉片的連接處可能存在潛在的危險,即由于收縮變形在金屬材料與玻璃鋼之間可能產生裂紋。