复合材料与风力机叶片

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1、万方数据第26卷第2期2008年4月可再生能源RenewabIeEnergyResOurcesV01．26No．2Apr．2008复合材料与风力机叶片陈绍杰1。申振华2，徐鹤山1(1．沈阳飞机设计研究所，辽宁沈阳1l0035；2．沈阳航空工业学院，辽宁沈阳110136)摘要：叶片是风力发电设备的关键部件，随着风机容量的大型化，风机叶片也向轻量化、低成本和高性能化发展。阐述了风力机叶片技术的研发趋势，介绍了复合材料叶片设计、材料、制造、试验分析和验证等相关技术，●绘出了碳纤维在叶片上应用的现状、发展前景和有关叶片的新技术，提出了发展风机叶片技术的相关建议。关键词：

2、叶片；复合材料；碳纤维；技术发展中图分类号：TK83；TB33文献标志码：B文章编号：167l一5292(2008)02-0090—03ComDositematerialandwindtllrbinebladesC0mDOSltematerlalan(1Wln(ItllrDlneDla(IeSCHENShao_jiel，SHENZhen—hua2'XUHe—shanl(1．ShenyangAircraftDesignandReseaI℃hInstitute，Shenyang110035，China；2．ShenyangInstituteofAerodynamic

3、Engineering，Shenyang110136，China)Abstract：Thetrendsofresea∽handdevelopmentforwindturbineblades，thedesign，material，manufactudng，analysisandtestingtechnolo百esforcompositebladeswereintroducedinthispa-per．ThestatusandpotentialofcarbonfiberandnoVeltechnologiesfbrbladewasalsogiVen．Inadditi

4、on，thesuggestionsondevelopingtechnologiesofbladesinChinawereputforⅣard．Keywords：blade；composite；carbon6ber；techn0109)，deVelopment0前言风力发电机的叶片是风电设备的关键部件，其制造成本约占风机总成本的15％一20鬈。目前大型风力发电机的叶片基本由各种复合材料制成，因此叶片气动设计和结构设计技术与复合材料技术密切相关。为降低风力发电成本，风电机组的单机容量越来越大。叶片越来越长。理论和实践表明．风力机捕获风能的多少与风轮直径的平方成正比，

5、如果叶片增长6％，则捕获的风能可增加12名以上。目前，世界上已研发了功率5卜1W以上、长度超过50m的叶片，并且正在研发功率7～10卜1W、长度超过60m的叶片。我国已能制造功率1．5～2．0Hh『、长度达37．5m的叶片，正计划研发功率2．5—3．OHW、长度超过40m的叶片。叶片大型化的同时还要求轻量化、低成本化和高性能化．即在满足安全、可靠和寿命要求的前提下，质量更小、成本更低、功率更大。为此要实现气动及结构设计、材料体系和制造技术的创新。尽管我国已引进了一些国外的制造技术，但从综合技术水平上看。我们严重缺乏具有独立自主知识产权的核心技术和自主创新的能力，

6、我们与世界先进水平还有相当大的差距，急需一个综合配套的跨越式的创新发展。l风力机叶片与复合材料风力机叶片曾用木材和金属制造，随着风力机向着大型化的发展．近年来已基本采用了各种复合材料。目前，风力机叶片的制造已成为复合材料重要的应用领域之一。风力机叶片所用主要材料体系包括各种增强材料、基体材料、夹层泡沫、胶粘剂和其它辅助材料等。增强材料大量使用E玻纤，其成本低。适用性强。当对叶片的强度和刚度要求更高时。使用价格较高的高强玻纤。如S：玻璃纤维。一些新型纤维也可用作候选对象，如超高分子量聚乙烯纤维、玄武岩纤维等。玄武岩纤维是一种新型无机纤维．由宣武岩石在高温熔融状态下

7、拉丝而成。其力学性能与S2玻纤相当。但有更好的耐酸碱和耐高温性能。当叶片更长，强度、刚度要求更高，自重更大时，则要求采用碳纤维。各种有关纤维的主要性能见表1。表l增强纤维主要力学性能Tahle1MainmechanicalpeIfo肋enceofthel琶inforcedfiber收稿日期：2007-04-24。作者简介：陈绍杰(1942．)，男，汉族，研究员，中国复合材料协会常务理事。长期从事飞机结构与复合材料研究。Email：zhenhu鹪h@126．com·90·万方数据陈绍杰。等复合材料与风力机叶片目前叶片基体材料大量地使用不饱和聚酯树脂(UPR)和乙烯

8、基酯树脂(VER)、环氧