據(jù)國(guó)際咨詢公司UtiliPoint總裁Bob Bellemare稱：對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)而言，碳纖維是即將來臨的潮流。一般較小型的葉片(如22m長(zhǎng))選用量大價(jià)廉的E-玻纖增強(qiáng)塑料，樹脂基體以不飽和聚酯為主，也可選用乙烯酯或環(huán)氧樹脂，而較大型的葉片(如42m以上)一般采用CFRP或CF與GF的混雜復(fù)合材料，樹脂基體以環(huán)氧為主。GE風(fēng)能的葉片工程的全球經(jīng)理Ramesh Gopalakrishnan說，設(shè)計(jì)師們?cè)趯ふ逸p質(zhì)高強(qiáng)度材料的過程中，選擇了碳纖維應(yīng)用于葉片設(shè)計(jì)中。因此，玻璃纖維和碳纖維是目前葉片制造中最為重要的兩種材料。
葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)中最基礎(chǔ)和最關(guān)鍵的部件，其良好的設(shè)計(jì)、可靠的質(zhì)量和優(yōu)越的性能是保證機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行的決定因素。惡劣的環(huán)境和長(zhǎng)期不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)葉片的要求有：比重輕且具有最佳的疲勞強(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)；葉片的彈性、旋轉(zhuǎn)時(shí)的慣性及其振動(dòng)頻率特性曲線都正常，傳遞給整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)荷穩(wěn)定性好；耐腐蝕、紫外線照射和雷擊的性能好；發(fā)電成本較低，維護(hù)費(fèi)用最低。
為滿足上述要求，提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，葉片的尺寸增大可以改善風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性，降低成本。葉片長(zhǎng)度從1980年的4.5m發(fā)展到今天的61.5m，容量從當(dāng)初的55kW發(fā)展到今天的5MW。1970年的風(fēng)力機(jī)葉片主要有鋼材、鋁材或木材制成，今天選擇的材料以E-玻纖增強(qiáng)塑料(GFRP)居多，目前已開始采用碳纖維復(fù)合材料(CFRP)，葉片材料的開發(fā)順應(yīng)了葉片大型化和輕量化的方向發(fā)展。
木制葉片及布蒙皮葉片
近代的微、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)也有采用木制葉片的，但木制葉片不易做成扭曲型。大、中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)很少用木制葉片，采用木制葉片的也是用強(qiáng)度很好的整體木方做葉片縱梁來承擔(dān)葉片在工作時(shí)所必須承擔(dān)的力和彎矩。
鋼梁玻璃纖維蒙皮葉片
葉片在近代采用鋼管或D型型鋼做縱梁，鋼板做肋梁，內(nèi)填泡沫塑料外覆玻璃鋼蒙皮的結(jié)構(gòu)形式，一般在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上使用。葉片縱梁的鋼管及D型型鋼從葉根至葉尖的截面應(yīng)逐漸變小，以滿足扭曲葉片的要求并減輕葉片重量，即做成等強(qiáng)度梁。
鋁合金等弦長(zhǎng)擠壓成型葉片
用鋁合金擠壓成型的等弦長(zhǎng)葉片易于制造，可連續(xù)生產(chǎn)，又可按設(shè)計(jì)要求的扭曲進(jìn)行扭曲加工，葉根與輪轂連接的軸及法蘭可通過焊接或螺栓連接來實(shí)現(xiàn)。鋁合金葉片重量輕、易于加工，但不能做到從葉根至葉尖漸縮的葉片，因?yàn)槟壳笆澜绺鲊?guó)尚未解決這種擠壓工藝。
玻璃鋼葉片
所謂玻璃鋼(glass fiber reinforced plastic，簡(jiǎn)稱GFRP)就是環(huán)氧樹脂、不飽和樹脂等塑料滲入長(zhǎng)度不同的玻璃纖維或碳纖維而做成的增強(qiáng)塑料。增強(qiáng)塑料強(qiáng)度高、重量輕、耐老化，表面可再纏玻璃纖維及涂環(huán)氧樹脂，其它部分填充泡沫塑料。玻璃纖維的質(zhì)量還可以通過表面改性、上漿和涂覆加以改進(jìn)。LM玻璃纖維公司現(xiàn)致力于開發(fā)長(zhǎng)達(dá)54m的全玻纖葉片，其單位kWh成本較低。
玻璃鋼復(fù)合葉片
上世紀(jì)末，世界工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的大、中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品的葉片，基本上采用型鋼縱梁、夾層玻璃鋼肋梁及葉根與輪轂連接用金屬結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料做葉片。風(fēng)力發(fā)電轉(zhuǎn)子葉片用的材料根據(jù)葉片長(zhǎng)度不同而選用不同的復(fù)合材料，目前最普遍采用的是玻璃纖維增強(qiáng)聚酯樹脂、玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂和碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂。美國(guó)的研究表明，采用射電頻率等離子體沉積去涂覆E-玻纖，其耐拉伸疲勞就可以達(dá)到碳纖維的水平，而且經(jīng)這種處理后可以降低能實(shí)際上導(dǎo)致?lián)p害的纖維間微振磨損。LM玻璃纖維公司進(jìn)一步開發(fā)以玻璃鋼為主，在橫梁和葉片端部只少量選用碳纖維的61m大型葉片，以發(fā)展5MW的風(fēng)力機(jī)。
碳纖維復(fù)合葉片
隨著發(fā)電單機(jī)功率的增大，要求葉片長(zhǎng)度不斷增加，其在風(fēng)力發(fā)電上的應(yīng)用也將會(huì)不斷擴(kuò)大。對(duì)葉片來講，剛度也是一個(gè)十分重要的指標(biāo)。研究表明，碳纖維(carbon fiber，簡(jiǎn)稱CF)復(fù)合材料葉片剛度是玻璃鋼復(fù)合葉片的兩至三倍。雖然碳纖維復(fù)合材料的性能大大優(yōu)于玻璃纖維復(fù)合材料，但價(jià)格昂貴，影響了它在風(fēng)力發(fā)電上的大范圍應(yīng)用。因此，全球各大復(fù)合材料公司正在從原材料、工藝技術(shù)、質(zhì)量控制等各方面深入研究，以求降低成本。
昨天，我們用的是木制或金屬材料；今天，我們用的是玻璃鋼；明天，我們用的是碳纖維；那么明天的明天，我們用的會(huì)不會(huì)是納米材料？
葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)中最基礎(chǔ)和最關(guān)鍵的部件，其良好的設(shè)計(jì)、可靠的質(zhì)量和優(yōu)越的性能是保證機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行的決定因素。惡劣的環(huán)境和長(zhǎng)期不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)葉片的要求有：比重輕且具有最佳的疲勞強(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)；葉片的彈性、旋轉(zhuǎn)時(shí)的慣性及其振動(dòng)頻率特性曲線都正常，傳遞給整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)荷穩(wěn)定性好；耐腐蝕、紫外線照射和雷擊的性能好；發(fā)電成本較低，維護(hù)費(fèi)用最低。
為滿足上述要求，提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，葉片的尺寸增大可以改善風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性，降低成本。葉片長(zhǎng)度從1980年的4.5m發(fā)展到今天的61.5m，容量從當(dāng)初的55kW發(fā)展到今天的5MW。1970年的風(fēng)力機(jī)葉片主要有鋼材、鋁材或木材制成，今天選擇的材料以E-玻纖增強(qiáng)塑料(GFRP)居多，目前已開始采用碳纖維復(fù)合材料(CFRP)，葉片材料的開發(fā)順應(yīng)了葉片大型化和輕量化的方向發(fā)展。
木制葉片及布蒙皮葉片
近代的微、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)也有采用木制葉片的，但木制葉片不易做成扭曲型。大、中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)很少用木制葉片，采用木制葉片的也是用強(qiáng)度很好的整體木方做葉片縱梁來承擔(dān)葉片在工作時(shí)所必須承擔(dān)的力和彎矩。
鋼梁玻璃纖維蒙皮葉片
葉片在近代采用鋼管或D型型鋼做縱梁，鋼板做肋梁，內(nèi)填泡沫塑料外覆玻璃鋼蒙皮的結(jié)構(gòu)形式，一般在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上使用。葉片縱梁的鋼管及D型型鋼從葉根至葉尖的截面應(yīng)逐漸變小，以滿足扭曲葉片的要求并減輕葉片重量，即做成等強(qiáng)度梁。
鋁合金等弦長(zhǎng)擠壓成型葉片
用鋁合金擠壓成型的等弦長(zhǎng)葉片易于制造，可連續(xù)生產(chǎn)，又可按設(shè)計(jì)要求的扭曲進(jìn)行扭曲加工，葉根與輪轂連接的軸及法蘭可通過焊接或螺栓連接來實(shí)現(xiàn)。鋁合金葉片重量輕、易于加工，但不能做到從葉根至葉尖漸縮的葉片，因?yàn)槟壳笆澜绺鲊?guó)尚未解決這種擠壓工藝。
玻璃鋼葉片
所謂玻璃鋼(glass fiber reinforced plastic，簡(jiǎn)稱GFRP)就是環(huán)氧樹脂、不飽和樹脂等塑料滲入長(zhǎng)度不同的玻璃纖維或碳纖維而做成的增強(qiáng)塑料。增強(qiáng)塑料強(qiáng)度高、重量輕、耐老化，表面可再纏玻璃纖維及涂環(huán)氧樹脂，其它部分填充泡沫塑料。玻璃纖維的質(zhì)量還可以通過表面改性、上漿和涂覆加以改進(jìn)。LM玻璃纖維公司現(xiàn)致力于開發(fā)長(zhǎng)達(dá)54m的全玻纖葉片，其單位kWh成本較低。
玻璃鋼復(fù)合葉片
上世紀(jì)末，世界工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的大、中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品的葉片，基本上采用型鋼縱梁、夾層玻璃鋼肋梁及葉根與輪轂連接用金屬結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料做葉片。風(fēng)力發(fā)電轉(zhuǎn)子葉片用的材料根據(jù)葉片長(zhǎng)度不同而選用不同的復(fù)合材料，目前最普遍采用的是玻璃纖維增強(qiáng)聚酯樹脂、玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂和碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂。美國(guó)的研究表明，采用射電頻率等離子體沉積去涂覆E-玻纖，其耐拉伸疲勞就可以達(dá)到碳纖維的水平，而且經(jīng)這種處理后可以降低能實(shí)際上導(dǎo)致?lián)p害的纖維間微振磨損。LM玻璃纖維公司進(jìn)一步開發(fā)以玻璃鋼為主，在橫梁和葉片端部只少量選用碳纖維的61m大型葉片，以發(fā)展5MW的風(fēng)力機(jī)。
碳纖維復(fù)合葉片
隨著發(fā)電單機(jī)功率的增大，要求葉片長(zhǎng)度不斷增加，其在風(fēng)力發(fā)電上的應(yīng)用也將會(huì)不斷擴(kuò)大。對(duì)葉片來講，剛度也是一個(gè)十分重要的指標(biāo)。研究表明，碳纖維(carbon fiber，簡(jiǎn)稱CF)復(fù)合材料葉片剛度是玻璃鋼復(fù)合葉片的兩至三倍。雖然碳纖維復(fù)合材料的性能大大優(yōu)于玻璃纖維復(fù)合材料，但價(jià)格昂貴，影響了它在風(fēng)力發(fā)電上的大范圍應(yīng)用。因此，全球各大復(fù)合材料公司正在從原材料、工藝技術(shù)、質(zhì)量控制等各方面深入研究，以求降低成本。
昨天，我們用的是木制或金屬材料；今天，我們用的是玻璃鋼；明天，我們用的是碳纖維；那么明天的明天，我們用的會(huì)不會(huì)是納米材料？
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