三種復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片的應(yīng)用進(jìn)展

　　風(fēng)電機(jī)在惡劣的環(huán)境中長期不停運(yùn)轉(zhuǎn)，不僅要承受強(qiáng)大的風(fēng)載荷，還要經(jīng)受氣體沖刷、砂石粒子沖擊，以及強(qiáng)烈的紫外線照射等外界侵蝕。葉片的材料越輕、強(qiáng)度和剛度越高，葉片抵御載荷的能力就越強(qiáng)，葉片就可以做得越大，它的捕風(fēng)能力也就越強(qiáng)。因此，輕質(zhì)高強(qiáng)、耐蝕性好、具有可設(shè)計(jì)性的復(fù)合材料是目前大型風(fēng)機(jī)葉片的首選材料。
　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在惡劣的環(huán)境中長期不停運(yùn)轉(zhuǎn)，不僅要承受強(qiáng)大的風(fēng)載荷，還要經(jīng)受氣體沖刷、砂石粒子沖擊，以及強(qiáng)烈的紫外線照射等外界侵蝕。在風(fēng)力發(fā)電初期，由于發(fā)電機(jī)功率小，所需的葉片尺寸也小，其質(zhì)量分布的均勻性對(duì)發(fā)電機(jī)和塔座的影響并不明顯。葉片的類型主要有木制葉片、布蒙皮葉片、鋼梁玻璃纖維蒙皮葉片、鋁合金等弦長擠壓成型葉片等。隨著風(fēng)力發(fā)電功率的不斷提高，安裝發(fā)電機(jī)的塔座和捕捉風(fēng)能的葉片也越做越大，葉片的重量也越來越大，對(duì)葉片的要求也越來越高：重量輕且分布均勻，外形尺寸精度控制準(zhǔn)確；具有最佳的疲勞強(qiáng)度和機(jī)械性能，能經(jīng)受暴風(fēng)等極端惡劣條件和隨機(jī)負(fù)荷的考驗(yàn)；葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)頻率特性曲線正常，傳遞給整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)荷穩(wěn)定性好；耐腐蝕、抗紫外線照射和抗雷擊的性能好；發(fā)電成本較低，維護(hù)費(fèi)用低。葉片的材料越輕、強(qiáng)度和剛度越高，葉片抵御載荷的能力就越強(qiáng)，葉片就可以做得越大，它的捕風(fēng)能力也就越強(qiáng)。因此，輕質(zhì)高強(qiáng)、耐蝕性好、具有可設(shè)計(jì)性的復(fù)合材料是目前大型風(fēng)機(jī)葉片的首選材料。
　　1、玻璃纖維復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片
　　玻璃纖維增強(qiáng)聚酯樹脂和玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂是目前制造風(fēng)機(jī)葉片的主要材料，E-玻纖則是主要的增強(qiáng)材料。美國的研究表明，采用射電頻率等離子體沉積去涂覆E-玻纖，可降低纖維間的微振磨損，其耐拉伸疲勞強(qiáng)度就可以達(dá)到碳纖維的水平。為了更好的發(fā)揮E-玻纖，在結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)度和剛度作用，使其能與樹脂進(jìn)行良好匹配，目前已經(jīng)開發(fā)了單軸向、雙軸向、三軸向、四軸向甚至三維立體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到更好的體現(xiàn)。但是，E-玻纖密度較大，隨著葉片長度的增加，葉片的質(zhì)量也越來越重，如圖所示，完全依靠玻璃纖維復(fù)合材料作為葉片的材料已經(jīng)逐漸不能滿足葉片發(fā)展的需要。例如，采用玻璃纖維增強(qiáng)聚酯樹脂作為葉片用復(fù)合材料，當(dāng)葉片長度為19m時(shí)，其質(zhì)量為1.8t；長度增加到34m時(shí)，葉片質(zhì)量為5.8t；如葉片長度達(dá)到52m時(shí)，則其質(zhì)量高達(dá)21t。葉片越重，對(duì)風(fēng)電機(jī)和塔座要求就越高，同時(shí)也影響到發(fā)電機(jī)組的性能和效率，因此，需要尋找更好材料以適應(yīng)大型葉片發(fā)展的要求。