风力机叶片剖面形状及其影响

叶片也称为桨叶，是将风能转换为动能的部件，风力带动风车叶片旋转，再通过齿轮箱将旋转的速度提升，来促使发电机发电。风力发电机通常有2片或3片叶片，叶尖速度50～70m/s，具有这样的叶尖速度，3叶片叶轮通常能够提供最佳效率，然而2叶片叶轮仅降低2%～3%的效率。对于外形很均匀的叶片，叶片少的叶轮转速快些，这样会导致叶尖噪声和腐蚀等问题。3叶片叶轮上的受力更平衡，轮毂可以简单些。

叶片的翼型设计、结构型式会直接影响机组的性能和功率。风力机叶片的剖面形状称为风力机翼型，它对风力机性能有很大的影响。目前风力机叶片有NACA44系列、NACA63-2系列、NRELS系列、FFA W系列和DU系列等。叶片材料的强度和刚度是决定风力发电机组性能优劣的关键。目前的叶片品种有木制叶片及布蒙皮叶片、钢梁玻璃纤维蒙皮叶片、铝合金等弦长挤压成型叶片、玻璃钢复合叶片和碳纤维复合叶片等5种，目前的主要构成材料是玻璃纤维增强聚酯或碳纤维增强聚酯，为多格的梁/壳体结构。大型叶片主要采用的是玻璃钢复合材料，这种材料制作的叶片具有以下特点：

（1）可根据风力机叶片的受力特点设计强度与刚度。风力机叶片主要是纵向受力，即气动弯曲力和离心力，气动弯曲载荷比离心力大得多，由剪切与扭转产生的剪应力不大。利用纤维受力为主的受力理论，可把主要纤维安排在叶片的纵向，这样就可把叶片设计得比铝叶片更轻，减轻叶片的重量，重量的减轻反过来可降低叶片的离心力及重力引起的交变载荷。

（2）容易成型，易于达到最大气动效率的翼型。为了达到最佳气动效果，叶片具有复杂的气动外形，在风轮的不同半径处，叶片的弦长、厚度、扭脚和翼型都不同，如用金属制造很困难，而用玻璃钢制造则容易得多，它不需要复杂的工艺装备，模具制成后，可以进行批量生产。

（3）优良的动力性能和较长的使用寿命。叶片使用寿命20年，要经受1×107次以上疲劳交变。玻璃钢的疲劳强度较高，缺口敏感性低，它的疲劳破坏有一个较长的开裂过程。玻璃钢在产生初始裂纹后，还能工作相当长的一段时间。(www.xing528.com)

图2-6　叶片外形图

（4）耐腐蚀性和耐气候性好。风力机安装在外，风力发电机组要受到各种气候环境的影响，要具有耐酸、碱、水、汽的性能。而玻璃钢复合材料具有这种优良的性能，能在这种恶劣环境下工作的时间较长。

（5）易于修补且维修简便。玻璃钢叶片的另一突出优点就是易于补修。叶片在使用过程中可能发生局部或较大区域的损伤，对于玻璃钢叶片，只要损伤区不是严重到接近破坏，一般都可以修复。

叶片有内置的防雷电系统，叶尖装有金属接闪器。叶片的外形如图2-6所示。