国内外风电叶片技术现状与发展

1、国内外风电叶片技术现状与发展、叶片朝大型化、轻量化、高效率方向发展LNI叶片系的发展历程二、可选择的复合材料原材料品种多样1、叶片用树脂基体For pers onal use only in study and research; not for commercial use1）不饱和聚酯树脂工艺性良好，价格低，在中小型叶片的生产中占有绝对优势，但固 化时收缩率大，放热剧烈，成型时有一定的气味和毒性。2）环氧树脂具有良好的力学性能，耐化学腐蚀性能和尺寸稳定性，是目前大型风电叶 片的首选树脂，缺点是成本较高。3）乙烯基树脂性能介于二者之间，目前在大型叶片中应用较少，随着各厂家对成本的 要求越来越

2、高，乙烯基树脂可能会进入兆瓦级叶片的选材。2、叶片用增强材料特点E谢解 堆吏疱増懑M料.与许多怦購*舷製工艺 匹配性较佳"具有爭种细织形式.卅 足不同的藉與*使灵活前绘枸设计鸭到 更好的偉班啟粉向、惡轴 问.四铀间、 三维立休结料E玻璃打维的悪俄丫序艾 大，起大型叶片上较雉 适合S玻璃纤高魁虞裔斷裂应变樓量能达到价榷很高.未能成为叶维85 5GPaP ttE玻璃野维高18%.且强片圭导憎確材料PVC食芯采用这种芯蒔及畀滝後木可曲少50% 的周期时间*澤低$0%的和力成农 并懊整个叶片达到轻质高暹。主疣 H6QMW：Ct汞馥税恪多用于叶尖9»类幄犠孑L的烽幕结柏.淫廈重畳比远

3、高B自临殆卞于同黑密度的泡祎夹芯材料，多用于载 9供妙护以上需注琶防嘲 荷较大的靠近叶樨邹分更好前性价比.我純产出比和更快的生 4诵 層彊倍 力 片由机叶 吗 抽 制洽fit?TV J'-E. JJMt 1 km f % J J 收.叱 TW 厂1 冏-1 W 1£L MX. 本，而且更符言坏廉要求.其壊物轻质、高毀満足大叶柠奧漂.随著应忻辂高.应就原阿料.用扩大.犬建衷璇纤维价辂的下曄成为工艺技术零方廊探入研尽力叶片的首选结构材料*充障低時*3、碳纤维材料在大型叶片中具有较好的应用前景采用碳纤维，可增加叶片临界长度，提高叶片刚度，减轻叶片重量。研究也表明，添加碳纤维所制得的

4、风机叶片质量比玻璃纤维的轻约30%,以目前的成本估算，成本增加可控制在30%以内。叶片黃度不同材料叶片廣*7kg/m玻纤/聚 88氧 M/SF*.191 8001 0002962004 900345 8005 2003 8003810 2008 4004310 6008 8005221 000碳纤维在叶片中应用的主要部位碳纤维在风电叶片中应用实例公司 产品 技术状态GamesaGAMES在其直径为87米、90米叶轮的叶片制造中包含了碳纤维。采用了玻纤碳纤维混杂复合材料结构，在横梁和翼缘等要求较高的 LM61.5 米叶片部位使用碳纤维作为增强材料，单片叶片质量达 17.7 t 。叶片长44m,其

5、样品试验采用了碳纤维制造。VESTASV-90 型VestasVestas为V903.OMV机型配套的44m系列叶片主梁上使用了碳纤维,风力机 3.0MW叶片自重只有 6t，与V802MW,39n叶片自重一样。GE7MWNEG Micon40m 叶片44 m叶片Nordex Rotor56m叶片Repower5MW叶片NEG Micon40 米叶片kirkldandGE公司的7MW机组研发，将使用碳纤维40 米的叶片中采用了碳纤维增强环氧树脂44 m长CFRP十片质量为9.6t,可用于2 . 5 MW的风电机组。此外，还开发了 56 m长的CFRP十片，他们认为叶片超过一定尺寸后，碳纤 维叶片

6、的制作成本并不比玻纤的高。转轮直径 126 米，该叶片由碳纤和玻纤混杂而成， 单个叶片重量达 18 吨，可用于海上及陆地使用。碳纤维增强环氧树脂的 40 米叶片和 TPI Composites 公司合作，发展碳纤维风机叶片，以求得最大的 能量获得，同时减轻风机的负载。制造和测试证明了先进碳纤维混编设计叶片的商业化可行性。5、叶片材料的新发展热塑性复合材料应用*与环氧玻纤复合材料大型叶片相比较，若采用热塑性复合材料叶片，每台大型风力发电 机所用的叶片重量可降低 10，抗冲击性能大幅度提高，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。* 爱尔兰 Gaoth 风能公司与日

7、木三菱重工及美国 Cyclics 公司正在探讨如何共同研制低 成本热塑性复合材料叶片。*LM G1asfibre 公司正开展此项研究，目的是用玻璃钢、碳纤维和热塑材料的混合纱丝 制造叶片，这可能会使叶片的生产时间缩短 50。*安全快捷地制造“绿色”的复合材料叶片正期待着复合材料叶片制造商去实现。三、叶片设计技术不断进步叶片设计分为气动设计和结构设计两大阶段， 通常这两阶段不是独立的， 而是一个迭 代的过程。 风轮叶片的优化设计要满足的目标 : 年输出功率最大化； 最大功率限制输出； 振 动最小化和避免出现共振； 材料消耗最小化； 叶片结构满足适当的强度要求和刚度要求； 保 证叶片结构局部和整体

8、稳定性。1、翼型是叶片设计的基础国内缺乏相关的数据库，国外典型翼型和优势如下：1）美国Seri和NREL系列，Seri系列对翼型表面粗糙度敏感性低。2）丹麦RISC A系列，在接近失速时具有良好的失速性能且对前缘粗糙度敏感性低；3） 瑞典FFA. W系列，该系列具有良好的后失速性能。丹麦LM公司已在大型风机叶片 上采用瑞典FFA.且该翼型将会在风机叶片设计中广泛应用。4）荷兰DU系列和其它。目前所能利用的典型风力机翼型特性位置翼型厚度最大升力最大升阻比设计升力系数设计攻角叶尖叶中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叶中NACA634210.211.35>1001.06NRELS8090.211.05>1000.86NREL S8270.211.23>1000.86叶根NREL S8140.241.4>1001.16NREL S 8180.24DU97-W-3000.301.6>1001.062、通过气动外形优化，大幅提高气动效率通过改进叶片外形型面，改进空气动力和叶片受力状态，增加可靠性和对风能捕获量。Enerc

10、on司为抑制生成扰流和旋涡在叶片端部安装"小翼"，为改善和提高涡轮发电机主舱附近的捕风能力，对叶片根茎进行重新改进，缩小叶片的外形截面，增加叶径长度；对叶片顶部和根部之间的型面进行优化设计。在此基础上，Enercon公司在其71m的2MV风力发电机组，改进后叶片根部的捕风能力得以提高。在4.5MW风力发电机设计中继续采用此项技术，旋转直径为112m的叶片端部仍安装有倾斜“小翼”，使得叶片单片的运行噪音小于3个叶片（旋转直径为66m）运行时产生的噪音。2）细长形叶片设计丹麦LM公司提出了“ Future Blade ”的概念，且已在其54m和61.5m巨型叶片上使用了这种设计

11、概念。LM公司研发部经理Frank V . Nielsen认为未来叶片设计的关键已从效率 最大化转移到能量成本（COE）最优化，叶片将会更加细长，这种设计技术将会降低叶片载荷， 叶片质量分布更加优化。3）柔性和预弯设计是目前大型号叶片中广泛采用的设计技术叶尖采用“柔性”设计理念进行设计，叶尖轻微弯曲。降低了叶片风压和风机的驱动扭矩，并最大限度捕获所有可用风速范围内的风能，包括边缘的低风速区域，比传统的叶片捕风能力提高了 510%。四、复合材料制造工艺进步，促进了叶片的技术发展工艺名称手糊工艺手工損作、开損成型、生产栽攀tffi 以及厠甌固化程度注往适會 产品批童校小、质均勻性輕求校 低夏音材科

12、制品關生产.却購的风力发电机叶片?£便用过程中出现 间題往往是由于工莒过理中的含胶覆不均 甸，軒帥觀彌不良及固化不完全尊 引起的裂级、断契和叶忤程羽磚此外 佯肯大食育售杓喷和脣剂的嘩放.育坏境 污胡可題.Pn m T 艺鹹少的依赣工人的技术水平XZ巧壘氏仅依験険遣好的工艺參恥囲欄虑型.用2卜 叶片产品质脸，产骷虏重易于保证.剛吐工艺的技生产效率鬲裟含重鬲于手珮工艺.前浸科工艺歸合性話优遞.适刊创迭犬型的厚 夏合材科藹件.预漫料；£本校贏，但苗霉叶片制品厚度均 旬r底葩巫表丽光滑平整.1、湿法手糊成型：增强材料浸胶，一层一层地紧贴在模具上， 手动赶出气泡/真空压实。2、预浸料

13、成型：提高性能、降低重量预浸料成型方法是按设计要求的铺层顺序先将预浸料铺放在模具内，然后用真空袋将尚未成型的制件密封， 抽真空，以排除在铺层内的气泡、挥发分和袋内的空气，按最佳的固化 工艺参数在热压罐内固化成型叶片。对于40m以上叶片，VESTA醐GAMES仍使用预浸料工艺。3、真空灌注成型（RIM）:提高性能、降低制造成本先将纤维织物等增强材料铺放在模腔里，然后抽真空，树脂基体在真空压力的作用下被导入模腔浸渍增强材料。密封条真空将対脂抽人 没清増强材料 宴空袋可剥离保护屋成 树脂分布纵物增遇材料捕层空泵模具RIM工艺原理仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途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