刍议风力发电机叶片新材料—碳纤维摘要：传统能源资源的大量使用带来了许多的环境问题和社会问题，并且其存储量大大降低，因而风能作为一种清洁可循环再生的能源，越来越受到世界各国的广泛关注。叶片是风力发电机中最基础和最关键的部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。本文主要分析了碳纤维在风力发电机叶片中的应用，以求降低成本。关键词：风力发电机；叶片；碳纤维Abstract:Theextensiveuseoftraditionalenergyresourcesbringenvironmentalproblemsandmanysocialproblems,anditsstorageisgreatlyreduced,sothewindenergyasacleanandrenewableenergy,moreandmoreattentionallovertheworld.Thebladeisthemostbasicwindturbinesandcomponentsofthekey,thegooddesign,reliablequalityandsuperiorperformanceistoguaranteethenormalandstableoperationofunitdeterminant.Thispapermainlyanalyzestheapplicationofcarbonfiberinthebladeofthewind-drivengenerator,inordertoreducethecost.Keywords:windturbine;blade;carbonfiber：TB857+.31.碳纤维在风机叶片中的应用叶片材料的发展经历了由木制、铝合金的应用，到进入了纤维复合材料时代。纤维材料比重轻，疲劳强度和机械性能好，能够承载恶劣环境条件和随机负荷，目前最普遍采用的是玻璃纤维增强聚酯（环氧）树脂。但随着大功率发电机组的发展，叶片长度不断增加，为了防止叶尖在极端风载下碰到塔架，就要求叶片具有更高的刚度。国外专家认为，玻璃纤维复合材料的性能已经趋于极限，不能满足大型叶片的要求，因此有效的办法是采用性能更佳的碳纤维复合材料。由于碳纤维比玻纤昂贵，采用百分之百的碳纤维制造叶片从成本上来说是不合算的。目前国外碳纤维主要是和玻纤混和使用，碳纤维只是用到一些关键的部分。碳纤维在叶片中应用的主要部位有：(1)横梁(Spar)，尤其是横梁盖(SparCaps)。(2)前后边缘，除了提高刚度和降低质量外，还起到避免雷击对叶片造成的损伤(专利US6457943BI)。(3)叶片的表面，采用具有高强度特性的碳纤维片材(日本专利JP2003214322)。2.碳纤维在风机叶片中应用的优势2.1提高叶片刚度，减轻叶片重量。碳纤维的密度比玻璃纤维小约30%，强度大40%，尤其是模量高3至8倍。大型叶片采用碳纤维增强可充分发挥其高弹轻质的优点。荷兰戴尔弗理工大学研究表明，一个旋转直径为120米的风机的叶片，由于梁的质量超过叶片总质量的一半，梁结构采用碳纤维，和采用全玻纤的相比，重量可减轻40%左右；碳纤维复合材料叶片刚度是玻璃纤维复合材料叶片的两倍。据分析，采用碳/玻混杂增强方案，叶片可减重20%～30%。VestaWindSystem公司的V903MW发电机的叶片长44m，采用碳纤维代替玻璃纤维的构件，叶片质量与该公司V802MW发电机且为39米长的叶片质量相同。同样是34m长的叶片，采用玻璃纤维增强聚脂树脂时质量5800kg，采用玻璃纤维增强环氧树脂时质量5200kg，而采用碳纤维增强环氧树脂时质量只有3800kg。其他的研究也表明，添加碳纤维所制得的风机叶片质量比玻璃纤维的轻约32%，而且成本下降约16%。---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---2.2提高叶片抗疲劳性能。风机总是处在条件恶劣的环境中，并且24小时的处于工作状态。这就使材料易于受到损害。相关研究表明，碳纤维合成材料具有出众的抗疲劳特性，当与树脂材料混合时，则成为了风力机适应恶劣气候条件的最佳材料之一。2.3使风机的输出功率更平滑更均衡，提高风能利用效率。使用碳纤维后，叶片重量的降低和刚度的增加改善了叶片的空气动力学性能，减少对塔和轮轴的负载，从而使风机的输出功率更平滑和更均衡，提高能量效率。同时，碳纤维叶片更薄，外形设计更有效，叶片更细长，可提高能量的输出效率。2.4可制造低风速叶片。碳纤维的应用可以减少负载和增加叶片长度，从而制造适合于低风速地区的大直径风叶，使风能成本下降。2.5可制造自适应叶片。叶片装在发电机的轮上，叶片的角度可调。目前主动型调节风机(activeutility-sizewindturhines)的设计风速为13to15m/sec(29to33mph)，当...