风力发电机组叶片的设计概述
叶片是风力发电机组关键的部件。在风力发电机组设计中,叶片外形设计尤为重要,它涉及机组能否获得所希望的功率。
叶片的疲劳特性也十分突出,由于它要承受较大的风负载,而且是在地球引力场中运行,重力变化相当复杂。以600kW风力发电机组为例,其额定转速大约为27 转/分钟,在20 年寿命期内,大约转动2×108次,叶片由于自重而产生相同次数的弯矩变化。
对于复合材料叶片来说,每种复合材料或多或少存在疲劳特性问题,当它受到交变负载时,会产生很高的负载变化次数。如果材料所承受的负载超过其相应的疲劳极限,它将限制材料的受力次数。当材料出现疲劳失效时,部件就会产生疲劳断裂。疲劳断裂通常从材料表面开始,然后是截面,后到材料彻底破坏。
在叶片的结构强度设计中要充分考虑到所用材料的疲劳特性。先要了解叶片所承受的力和力矩,以及在特定的运行条件下风负载的情况。在受力大的部位危险,在这些地方负载很容易达到材料承受极限。
叶片的重量完全取决于其结构形式,目前生产的叶片,多为轻型叶片,承载好而且很可靠。轻型结构叶片的优点:
1) 在变距时驱动质量小,在很小的叶片机构动力下产生很高的调节速度;
2) 减少风力发电机组总重量;
3) 风轮的机械刹车力矩很小;
4) 周期振动弯矩由于自重减轻而很小。
5) 减少了材料成本;
6) 运费减少;
7) 便于安装。
缺点:
1) 要求叶片结构必须可靠,制造费用高;
2) 所用材料成本高;
3) 风轮推力小,风轮在阵风时反应敏感,因此,要求功率调节也要快;
4) 材料特性及负载计算必须很准确,以免超载。
目前叶片多为玻璃纤维增强复合材料(GRP),基体材料为聚酯树脂或环氧树脂。环氧树脂比聚酯树脂强度高,材料疲劳特性好,且收缩变形小。聚酯材料较便宜,它在固化时收缩大,在叶片的连接处可能存在潜在的危险,即由于收缩变形在金属材料与玻璃钢之间可能产生裂纹。
叶片的疲劳特性也十分突出,由于它要承受较大的风负载,而且是在地球引力场中运行,重力变化相当复杂。以600kW风力发电机组为例,其额定转速大约为27 转/分钟,在20 年寿命期内,大约转动2×108次,叶片由于自重而产生相同次数的弯矩变化。
对于复合材料叶片来说,每种复合材料或多或少存在疲劳特性问题,当它受到交变负载时,会产生很高的负载变化次数。如果材料所承受的负载超过其相应的疲劳极限,它将限制材料的受力次数。当材料出现疲劳失效时,部件就会产生疲劳断裂。疲劳断裂通常从材料表面开始,然后是截面,后到材料彻底破坏。
在叶片的结构强度设计中要充分考虑到所用材料的疲劳特性。先要了解叶片所承受的力和力矩,以及在特定的运行条件下风负载的情况。在受力大的部位危险,在这些地方负载很容易达到材料承受极限。
叶片的重量完全取决于其结构形式,目前生产的叶片,多为轻型叶片,承载好而且很可靠。轻型结构叶片的优点:
1) 在变距时驱动质量小,在很小的叶片机构动力下产生很高的调节速度;
2) 减少风力发电机组总重量;
3) 风轮的机械刹车力矩很小;
4) 周期振动弯矩由于自重减轻而很小。
5) 减少了材料成本;
6) 运费减少;
7) 便于安装。
缺点:
1) 要求叶片结构必须可靠,制造费用高;
2) 所用材料成本高;
3) 风轮推力小,风轮在阵风时反应敏感,因此,要求功率调节也要快;
4) 材料特性及负载计算必须很准确,以免超载。
目前叶片多为玻璃纤维增强复合材料(GRP),基体材料为聚酯树脂或环氧树脂。环氧树脂比聚酯树脂强度高,材料疲劳特性好,且收缩变形小。聚酯材料较便宜,它在固化时收缩大,在叶片的连接处可能存在潜在的危险,即由于收缩变形在金属材料与玻璃钢之间可能产生裂纹。








































