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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划风力发电站叶片材料风力发电叶片制作工艺介绍风力发电机叶片是接受风能的最主要部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证发电机组正常稳定运行的决定因素，其成本约为整个机组成本的15%-20%。根据“风机功价比法则”，风力发电机的功率与叶片长度的平方成正比，增加长度可以提高单机容量，但同时会造成发电机的体积和质量的增加，使其造价大幅度增加。1碳纤维在风力发电机叶片中的应用叶片材料的发展经历了木制、铝合金的应用，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
2、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。1）提高叶片刚度，减轻叶片质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38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120m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，和采用全玻璃纤维的相比，质量可减轻40%左右；碳纤
3、维复合材料叶片刚度是玻璃纤维复合材料叶片的2倍。据分析，采用碳纤维玻璃纤维混杂增强方案，叶片可减轻2030。VestaWindSystem公司的V90型发电机的叶片长44m，采用碳纤维代替玻璃纤维的构件，叶片质量与该公司V80型发电机且为39m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为5800kg，采用玻璃纤维增强环氧树脂时质量为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采用玻璃纤维的轻约32%，而且成本下降约16%。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24h处于工作状态。这
4、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良好的抗疲劳特性，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。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，叶片质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，也提高了能量的输出效率。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。5）可制造自适应叶片叶片装在发电机的轮轴上，叶片的角度可调。目前主动型调节风机的设计风
5、速为1315m/s(2933英里/h)，当风速超过时，则调节风叶斜度来分散超过的风力，防止对风机的损害。斜度控制系统对逐步改变的风速是有效的。但对狂风的反应太慢了，自适应的各向异性叶片可帮助斜度控制系统，在突然的、瞬间的和局部的风速改变时保持电流的稳定。自适应叶片充分利用了纤维增强材料的特性，能产生非对称性和各向异性的材料，采用弯曲/扭曲叶片设计，使叶片在强风中旋转时可减少瞬时负载。美国SandiaNationalLaboratories致力于自适应叶片研究，使风机的发电成本降到美分/(kWh)，价格可和燃料发电相比。6）利用导电性能避免雷击利用碳纤维的导电性能，通过特殊的结构设计，可有效地避
6、免雷击对叶片造成的损伤。7）降低风力机叶片的制造和运输成本由于减少了材料的应用，所以纤维和树脂的应用都减少了，叶片变得轻巧，制造和运输成本都会下降，可缩小工厂的规模和运输设备。8）具有振动阻尼特性碳纤维的振动阻尼特性可避免叶片自然频率与塔架短频率间发生任何共振的可能性。2叶片制造工艺及流程三维编织体/VARTM技术材料选择目前的风力发电机叶片基本上是由聚酯树脂、乙烯基树脂和环氧树脂等热固性基体树脂与玻璃纤维、碳纤维等增强材料，通过手工铺放、树脂注入成型工艺复合而成。对同一种基体树脂，采用玻璃纤维增强的复合材料制造的叶片的强度和刚度的性能要差于采用碳纤维增强的复合材料制造的叶片的性能。随着叶片长
7、度不断增加，叶片对增强材料的强度和刚性等性能也提出了新的要求，从而对玻璃纤维的拉伸强度和模量也提出了更高的要求。为了保证叶片能够安全的承担风温度等外界载荷，大型风机叶片可以采用玻璃纤维碳纤维混杂复合材料结构，尤其是在翼缘等对材料强度和刚度要求较高的部位，则使用碳纤维作为增强材料。这样，不仅可以提高叶片的承载能力，由于碳纤维具有导电性，也可以有效地避免雷击对叶片造成的损伤。三维编织增强材料预成型加工方法有:手工铺层、编织法、针织法、热成型连续原丝毡法、预成型定向纤维毡法、CompForm法和三维编织技术等。编织法过去大多采用经纬交织的机织物来制作玻/碳纤维基布材料，从承载状态上来考虑采用经编织物
8、作为增强复合材料的基布比经纬交织的机织物具有更明显的优势。如图1所示：图1、经编织物结构图这类轴向织物由于承受载荷的纱线系统按要求排列并绑缚在一起，因此能够处于最佳的承载状态。另一方面，由于机织物中的纱线呈波浪形弯曲，再加上纱线自身的捻度，使其模量、拉伸强度和抗冲击强度都有一定的损失。而轴向技术使得织物的纱线层能按照特定的方向伸直取向，故每根纤维力学理论值的利用率几乎能达到100%。此外，轴向织物的纱线层层铺叠，按照不同的强度和刚度要求，可以在织物的同一层或不同层采用不同种类的纤维材料，如玻璃纤维、碳纤维或碳/玻混杂纤维，再按照编织点由编织纱线将其绑缚在一起。除了经编轴向织物外,还可以利用纬编
9、绑缚系统开发纬编轴向织物,如图2所示：图2、纬编织物结构图根据经纬编结构的特性,纬编轴向织物较经编绑缚结构具有更好的可成型性,因此在风电叶片结构设计中具有极好的应用前景。三维编织技术的发展是因为单向或二向增强材料所制得的复合材料层间剪切强度低,抗冲击性差,不能用作主受力件。采用三维编织技术不仅能直接编织复杂结构形状的不分层整体编织物,从根本上消复合材料风力发电叶片制造技术及应用现状杜艳指导教师：张会摘要由于资源的限制和环境保护，人类把眼光投向风力发电，把风能作为新型能源。风力发电装置中叶片的选材和制造技术便成为各国在风能利用方面争相研究的主要课题。本文叙述了风力发电在世界各国的发展现状以及复合
10、材料在风力发电叶片上的应用现状。关键词风力发电；风力发电叶片；制造技术；复合材料TheManufacturingTechnologyandApplicationofCompositeWindTurbineBladeDuYanTutor:ZhangHuiAbstract:Duetothelimitofresourceandenvironmentprotection，peoplehavefocusedonwindpowergeneration，Windenergyasanewpowergenerationdeviceofbladematerialandmanufacturetechnologybe
11、comesvariouscountriesinwindenergyutilizationarethemainresearchpaperdescribesthewindpowergenerationintheworldaswellasthedevelopmentofcompositesinwindturbinebladesontheapplicationofthestatus.Keywords:windpowergeneration;windturbineblades;manufacturingtechnology;compositematerial目录1引言.1课题的研究背景及意义.1课题的研
12、究现状及发展趋势.1风力发电的发展现状.1复合材料风力发电叶片的发展现状.12风力发电的现状.1风力发电的原理.2风力发电的优点.2世界风力发电现状.2世界风力发电的简况.2装机规模持续高速增长.2单机容量不断扩大.5主要风电设备供应商.5海上风电场.63中国风能资源及其分布.6风能资源.6风能资源分布.6“三北”地区.6东南沿海及附近岛屿.7内陆局部风能丰富区.8海上风能丰富区.84复合材料风力发电机叶片制备加工技术及应用.8风机工作原理及叶片的作用.9风力发电机叶片简介.9风机叶片的结构.9风机叶片叶尖的分类.11风机叶片的制造工艺.11风机叶片的发展历程和发展方向以及复合材料叶片的优点.11木制叶片及布蒙皮叶片.11钢梁玻璃纤维蒙皮叶片.11铝合金等弦长挤压成型叶片.11玻璃
