手机浏览网
玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）是现代风机叶片最普遍采用的复合材料，玻璃钢以其低廉的价格，优良的性能占据着大型风机叶片材料的统治地位。但随着叶片逐渐变大，风轮直径已突破120m，最长的叶片已做到61.5m，叶片自重达18t。这对材料的强度和刚度提出了更加苛刻的要求。全玻璃钢叶片已无法满足叶片大型化，轻量化的要求。碳纤维或其它高强纤维随之被应用到叶片局部区域，如NEG Micon NM 82.40m长叶片，LM61.5m长叶片都在高应力区使用了碳纤维。由于叶片增大，刚度逐渐变得重要，已成为新一代MW级叶片设计的关键。碳纤维的使用使叶片刚度得到很大提高，自重却没有增加。Vestas为V903.OMW机型配套的44m系列叶片主梁上使用了碳纤维，叶片自重只有6t，与V802MW,39m叶片自重一样。美国和欧洲的研究报告指出，含有碳纤维的承载玻璃纤维层压板对于MW级叶片是一个非常有效的选择替代品。在E.C.公司资助的研究计划[10]中指出，直径为120m风轮叶片部分使用碳纤维可有效减少总体自重达38%，设计成本减少14%。但碳纤维价格昂贵，极大地限制其在风机叶片上的使用。现今碳纤维产业仍以发展轻质、良好结构和热性质佳等附加值大的航空应用材料为主。但许多研究员却大胆预言碳纤维的应用将会逐步增加。风能的成本效益将取决于碳纤维的使用方式，未来若要大量取代玻璃纤维，必需低价才具有竞争力。
3风轮叶片发展趋势
3.1叶片造型的发展
前面提到风机叶片专用翼型已成系列，但还存在很大改进空间。采用柔性叶片也是一个发展方向，利用新型材料进行设计，从而改进空气动力和叶片受力状态，增加可靠性和对风能捕获量。在开发新的叶片外形上也进行大量尝试，Enercon公司对33m叶片进行空气动力实验，经过精确的测定，叶片的实际气动效率为56%，比按照Betz计算的最大气动效率低约3~4%。为此，该公司对大型叶片外形型面和结构都进行了必要的改进，包括为抑制生成扰流和旋涡在叶片端部安装“小翼”，如图5所示；为改善和提高涡轮发电机主舱附近的捕风能力，对叶片根茎进行重新改进，缩小叶片的外形截面，增加叶径长度；对叶片顶部和根部之间的型面进行优化设计。在此基础上，Enercon公司开发出旋转直径71m的2MW风力发电机组，改进后叶片根部的捕风能力得以提高。Enercon公司在4.5MW风力发电机设计中继续采用此项技术，旋转直径为112m的叶片端部仍安装有倾斜“小翼”，使得叶片单片的运行噪音小于3个叶片（旋转直径为66m）运行时产生的噪音。
3.2叶片材料的进展
风机机组正朝着大型化发展，叶片长度越来越长，捕获的风能越来越多。风场经营者和能源公司都看好大叶片，因此Enercon公司的6MW机组应运而生，GE公司的7MW机组研发紧锣密鼓，而英国正在研制lOMW的巨型风力机[11]。如此大功率风机配套的叶片将是超规模的。目前普遍采用的玻纤增强聚脂树脂、玻纤增强环氧树脂将无法满足要求。所以必须开发更为先进的材料，具备轻质、高强以及刚性好的性能。
碳纤维的使用已成必然，但一般以碳／玻混杂的形式出现。3TEX开发了一种三维混杂结构，如图6所示。这种结构具备高强度、高刚度特性，同时该结构能使树脂灌注速度加快，缩短工作时间。且这种结构较厚，减少了铺层层数，节约劳动力，降低了生产成本。实际结果表明，使用这种混杂纤维形式比全玻璃钢叶片减轻质量约为10%左右。
