风力发电机叶片材料的选用与设计

风力发电机组的重要构件是叶片，具有将风能传递给发电机的转子，使转子旋转切割力线而发电的作用。风力发电机中叶片的设计直接影响风能转换效率，作为风能利用的重要一环，直接影响其年发电量。本文主要介绍了风力发电机叶片材料的选用与设计。



一、为什么风力发电只有三个叶片

现在世界上最大的风力发电机，其叶子长度大约能够达到164cm左右，并且每一扇发电叶重量达32吨。这对于我们国家来说，成本过于巨大，无法普及在每个地区，并且伴随着叶数增加、成本增加的情况下，电力并没有得到很大的增加。

相对来说，三叶的风力发电机的性价比比较合适一些，因此在一切因素的综合考虑之下，还是决定用三叶风车，这是一个很棒的设计。

二、风力发电机叶片材料的选用

1、木制叶片及布蒙皮叶片

近代木制叶片充分运用在微、小型风力发电机里，但是木制叶片不容易做成扭曲型。木制叶片很少运用在大、中型风力发电机上，一般运用木制叶片的产品，都是会选用高强度的整体木方做叶片纵梁来承担叶片在工作时所必须承担的力和弯矩。

2、钢梁玻璃纤维蒙皮叶片

一般叶片运用在大型风力发电机上，在近代叶片的肋梁采用钢板材质，纵梁采用钢管或者D型型钢，内填泡沫塑料外覆玻璃钢蒙皮的机构形式。要满足扭曲叶片的要求并减轻叶片重量，即做成等强度梁，叶片纵梁的钢管及D型型钢从叶根至叶尖的截面应逐渐变小。

3、铝合金等弦长挤压成型叶片

比较容易制造的是用铝合金挤压成型的等弦长叶片，可通过焊接或螺栓连接来实现叶根与轮毂连接的轴及法兰。铝合金叶片具有重量轻、加工便捷的特点，但无法做到从叶根至叶尖渐缩的叶片，至今这种挤压工艺世界各国仍未解决。除此之外，铝合金材料在空气中的老化和氧化问题也值得研究。

4、玻璃钢叶片

玻璃钢（glass fiber reinforced plastic），我们简称GFRP，意思是环氧树脂、不饱和树脂等塑料渗入长度不同的玻璃纤维或碳纤维而做成的增强塑料。增强塑料强度高、重量轻、耐老化，表面可再缠玻璃纤维及涂环氧树脂，其他部分填充泡沫塑料。泡沫在叶片中可以做到保证其稳定性的同时降低叶片质量。促使叶片在满足刚度的同时增大捕风面积。

三、风力发电机叶片的设计

优化设计风电叶片是要满足一定的设计目标，但是会出现相互矛盾的要求，比如最大功率限制输出；振动最小化和避免出现共振；保证叶片结构局部和整体稳定性；材料消耗最小化；年输出功率最大化；叶片结构满足适当的强度要求和刚度要求。

结构设计和气动设计是风电叶片设计两个大的阶段。其中结构设计要求满足后四条目标，气动设计要求满足前两条目标。一般这两个阶段不是独立进行的，而是一个重复反馈的过程，为了能够容纳腹板，提高叶片刚度，叶片厚度必须足够。

综上，本文介绍了风力发电机叶片材料的选用与叶片设计的相关内容。长度相同的叶片，会受翼型差异影响，导致功率不同。所以优化叶片结构是叶片厂家需要不断进步的技术，事实上真正优秀叶片的具体形状的确定是个很繁杂的过程，对空气动力学、流体力学要求非常高。