國內(nèi)外風電葉片技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

1、國內(nèi)外風電葉片技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展、葉片朝大型化、輕量化、高效率方向發(fā)展LNI葉片系的發(fā)展歷程二、可選擇的復合材料原材料品種多樣1、葉片用樹脂基體For pers onal use only in study and research; not for commercial use1）不飽和聚酯樹脂工藝性良好，價格低，在中小型葉片的生產(chǎn)中占有絕對優(yōu)勢，但固 化時收縮率大，放熱劇烈，成型時有一定的氣味和毒性。2）環(huán)氧樹脂具有良好的力學性能，耐化學腐蝕性能和尺寸穩(wěn)定性，是目前大型風電葉 片的首選樹脂，缺點是成本較高。3）乙烯基樹脂性能介于二者之間，目前在大型葉片中應用較少，隨著各廠家對成本的 要求越來越

2、高，乙烯基樹脂可能會進入兆瓦級葉片的選材。2、葉片用增強材料特點E謝解 堆吏皰増懣M料.與許多怦購*舷製工藝 匹配性較佳"具有爭種細織形式.卅 足不同的藉與*使靈活前繪枸設(shè)計鴨到 更好的偉班啟粉向、惡軸 問.四鈾間、 三維立休結(jié)料E玻璃打維的悪俄丫序艾 大，起大型葉片上較雉 適合S玻璃纖高魁虞裔斷裂應變樓量能達到價榷很高.未能成為葉維85 5GPaP ttE玻璃野維高18%.且強片圭導憎確材料PVC食芯采用這種芯蒔及畀滝後木可曲少50% 的周期時間*澤低$0%的和力成農(nóng) 并懊整個葉片達到輕質(zhì)高暹。主疣 H6QMW：Ct汞馥稅恪多用于葉尖9»類幄犠孑L的烽幕結(jié)柏.淫廈重畳比遠

3、高B自臨殆卞于同黑密度的泡祎夾芯材料，多用于載 9供妙護以上需注琶防嘲 荷較大的靠近葉樨鄒分更好前性價比.我純產(chǎn)出比和更快的生 4誦 層彊倍 力 片由機葉 嗎 抽 制洽fit?TV J'-E. JJMt 1 km f % J J 收.叱 TW 廠1 冏-1 W 1£L MX. 本，而且更符言壞廉要求.其壊物輕質(zhì)、高毀満足大葉檸奧漂.隨著應忻輅高.應就原阿料.用擴大.犬建衷璇纖維價輅的下曄成為工藝技術(shù)零方廊探入研盡力葉片的首選結(jié)構(gòu)材料*充障低時*3、碳纖維材料在大型葉片中具有較好的應用前景采用碳纖維，可增加葉片臨界長度，提高葉片剛度，減輕葉片重量。研究也表明，添加碳纖維所制得的

4、風機葉片質(zhì)量比玻璃纖維的輕約30%,以目前的成本估算，成本增加可控制在30%以內(nèi)。葉片黃度不同材料葉片廣*7kg/m玻纖/聚 88氧 M/SF*.191 8001 0002962004 900345 8005 2003 8003810 2008 4004310 6008 8005221 000碳纖維在葉片中應用的主要部位碳纖維在風電葉片中應用實例公司 產(chǎn)品 技術(shù)狀態(tài)GamesaGAMES在其直徑為87米、90米葉輪的葉片制造中包含了碳纖維。采用了玻纖碳纖維混雜復合材料結(jié)構(gòu)，在橫梁和翼緣等要求較高的 LM61.5 米葉片部位使用碳纖維作為增強材料，單片葉片質(zhì)量達 17.7 t 。葉片長44m,其

5、樣品試驗采用了碳纖維制造。VESTASV-90 型VestasVestas為V903.OMV機型配套的44m系列葉片主梁上使用了碳纖維,風力機 3.0MW葉片自重只有 6t，與V802MW,39n葉片自重一樣。GE7MWNEG Micon40m 葉片44 m葉片Nordex Rotor56m葉片Repower5MW葉片NEG Micon40 米葉片kirkldandGE公司的7MW機組研發(fā)，將使用碳纖維40 米的葉片中采用了碳纖維增強環(huán)氧樹脂44 m長CFRP十片質(zhì)量為9.6t,可用于2 . 5 MW的風電機組。此外，還開發(fā)了 56 m長的CFRP十片，他們認為葉片超過一定尺寸后，碳纖 維葉片

6、的制作成本并不比玻纖的高。轉(zhuǎn)輪直徑 126 米，該葉片由碳纖和玻纖混雜而成， 單個葉片重量達 18 噸，可用于海上及陸地使用。碳纖維增強環(huán)氧樹脂的 40 米葉片和 TPI Composites 公司合作，發(fā)展碳纖維風機葉片，以求得最大的 能量獲得，同時減輕風機的負載。制造和測試證明了先進碳纖維混編設(shè)計葉片的商業(yè)化可行性。5、葉片材料的新發(fā)展熱塑性復合材料應用*與環(huán)氧玻纖復合材料大型葉片相比較，若采用熱塑性復合材料葉片，每臺大型風力發(fā)電 機所用的葉片重量可降低 10，抗沖擊性能大幅度提高，制造成本至少降低1 4，制造周期至少降低 1 3，且可完全回收和再利用。* 愛爾蘭 Gaoth 風能公司與日

7、木三菱重工及美國 Cyclics 公司正在探討如何共同研制低 成本熱塑性復合材料葉片。*LM G1asfibre 公司正開展此項研究，目的是用玻璃鋼、碳纖維和熱塑材料的混合紗絲 制造葉片，這可能會使葉片的生產(chǎn)時間縮短 50。*安全快捷地制造“綠色”的復合材料葉片正期待著復合材料葉片制造商去實現(xiàn)。三、葉片設(shè)計技術(shù)不斷進步葉片設(shè)計分為氣動設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計兩大階段， 通常這兩階段不是獨立的， 而是一個迭 代的過程。 風輪葉片的優(yōu)化設(shè)計要滿足的目標 : 年輸出功率最大化； 最大功率限制輸出； 振 動最小化和避免出現(xiàn)共振； 材料消耗最小化； 葉片結(jié)構(gòu)滿足適當?shù)膹姸纫蠛蛣偠纫螅?保 證葉片結(jié)構(gòu)局部和整體

8、穩(wěn)定性。1、翼型是葉片設(shè)計的基礎(chǔ)國內(nèi)缺乏相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，國外典型翼型和優(yōu)勢如下：1）美國Seri和NREL系列，Seri系列對翼型表面粗糙度敏感性低。2）丹麥RISC A系列，在接近失速時具有良好的失速性能且對前緣粗糙度敏感性低；3） 瑞典FFA. W系列，該系列具有良好的后失速性能。丹麥LM公司已在大型風機葉片 上采用瑞典FFA.且該翼型將會在風機葉片設(shè)計中廣泛應用。4）荷蘭DU系列和其它。目前所能利用的典型風力機翼型特性位置翼型厚度最大升力最大升阻比設(shè)計升力系數(shù)設(shè)計攻角葉尖葉中NACA644150.151.55>1001.06NACA644180.181.4>1001.06NRE

9、L S8250.171.6>1001.06RIS0E-B1-180.181.6>1001.06DU96-W-1800.181.26>1001.06葉中NACA634210.211.35>1001.06NRELS8090.211.05>1000.86NREL S8270.211.23>1000.86葉根NREL S8140.241.4>1001.16NREL S 8180.24DU97-W-3000.301.6>1001.062、通過氣動外形優(yōu)化，大幅提高氣動效率通過改進葉片外形型面，改進空氣動力和葉片受力狀態(tài)，增加可靠性和對風能捕獲量。Enerc

10、on司為抑制生成擾流和旋渦在葉片端部安裝"小翼"，為改善和提高渦輪發(fā)電機主艙附近的捕風能力，對葉片根莖進行重新改進，縮小葉片的外形截面，增加葉徑長度；對葉片頂部和根部之間的型面進行優(yōu)化設(shè)計。在此基礎(chǔ)上，Enercon公司在其71m的2MV風力發(fā)電機組，改進后葉片根部的捕風能力得以提高。在4.5MW風力發(fā)電機設(shè)計中繼續(xù)采用此項技術(shù)，旋轉(zhuǎn)直徑為112m的葉片端部仍安裝有傾斜“小翼”，使得葉片單片的運行噪音小于3個葉片（旋轉(zhuǎn)直徑為66m）運行時產(chǎn)生的噪音。2）細長形葉片設(shè)計丹麥LM公司提出了“ Future Blade ”的概念，且已在其54m和61.5m巨型葉片上使用了這種設(shè)計

11、概念。LM公司研發(fā)部經(jīng)理Frank V . Nielsen認為未來葉片設(shè)計的關(guān)鍵已從效率 最大化轉(zhuǎn)移到能量成本（COE）最優(yōu)化，葉片將會更加細長，這種設(shè)計技術(shù)將會降低葉片載荷， 葉片質(zhì)量分布更加優(yōu)化。3）柔性和預彎設(shè)計是目前大型號葉片中廣泛采用的設(shè)計技術(shù)葉尖采用“柔性”設(shè)計理念進行設(shè)計，葉尖輕微彎曲。降低了葉片風壓和風機的驅(qū)動扭矩，并最大限度捕獲所有可用風速范圍內(nèi)的風能，包括邊緣的低風速區(qū)域，比傳統(tǒng)的葉片捕風能力提高了 510%。四、復合材料制造工藝進步，促進了葉片的技術(shù)發(fā)展工藝名稱手糊工藝手工損作、開損成型、生產(chǎn)栽攀tffi 以及厠甌固化程度注往適會 產(chǎn)品批童校小、質(zhì)均勻性輕求校 低夏音材科

12、制品關(guān)生產(chǎn).卻購的風力發(fā)電機葉片?£便用過程中出現(xiàn) 間題往往是由于工莒過理中的含膠覆不均 甸，軒帥觀彌不良及固化不完全尊 引起的裂級、斷契和葉忤程羽磚此外 佯肯大食育售杓噴和脣劑的嘩放.育壞境 污胡可題.Pn m T 藝鹹少的依贛工人的技術(shù)水平XZ巧壘氏僅依験険遣好的工藝參恥囲欄慮型.用2卜 葉片產(chǎn)品質(zhì)臉，產(chǎn)骷虜重易于保證.剛吐工藝的技生產(chǎn)效率鬲裟含重鬲于手珮工藝.前浸科工藝歸合性話優(yōu)遞.適刊創(chuàng)迭犬型的厚 夏合材科藹件.預漫料；£本校贏，但苗霉葉片制品厚度均 旬r底葩巫表麗光滑平整.1、濕法手糊成型：增強材料浸膠，一層一層地緊貼在模具上， 手動趕出氣泡/真空壓實。2、預浸料

13、成型：提高性能、降低重量預浸料成型方法是按設(shè)計要求的鋪層順序先將預浸料鋪放在模具內(nèi)，然后用真空袋將尚未成型的制件密封， 抽真空，以排除在鋪層內(nèi)的氣泡、揮發(fā)分和袋內(nèi)的空氣，按最佳的固化 工藝參數(shù)在熱壓罐內(nèi)固化成型葉片。對于40m以上葉片，VESTA醐GAMES仍使用預浸料工藝。3、真空灌注成型（RIM）:提高性能、降低制造成本先將纖維織物等增強材料鋪放在模腔里，然后抽真空，樹脂基體在真空壓力的作用下被導入模腔浸漬增強材料。密封條真空將対脂抽人 沒清増強材料 宴空袋可剝離保護屋成 樹脂分布縱物增遇材料捕層空泵模具RIM工藝原理僅供個人用于學習、研究；不得用于商業(yè)用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwende