有关大型水平轴式风电叶片的结构设计

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1、第27巷第2期可再生能璩、Ill-77No．22009年4月RenewableEnergyResourcesApr．2009大型水平轴式风电叶片的结构设计靳交通，周鹏展2(1．株洲南车时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲412007；2．国防科技大学航天与材料工程学院，湖南长沙410073)摘要：风电叶片是风力发电设备的关键部件之一，其制造成本占总成本的20％~30％。叶片结构是叶片捕获风能的保证，并直接影响风力发电设备的运行寿命。因此，叶片结构设计的好坏在很大程度上决定了风力发电设备的可靠性和利用风能的成本。文章从材料、结构形式、铺层设

2、计、结构分析等4个方面详细地阐述了风电叶片结构的设计技术。关键词：风电叶片；结构设计；复合材料中图分类号：TK83文献标志码：B文章编号：1671-5292(2009)02—0065—04Thestructuredesignoflarge-scalehorizontalaxiswindturbinebladeJINJiao—tong，ZHOUPeng-zhan。(1．ZhuzhouTimesNewMaterialsTechnologyCO．，LTD，Zhuzhou412007，China；2．CollegeofAerospaceandMa

3、te-rialEngineering，NUDT，Changsha410073，China)Abstract：Thewindturbinebladeisoneofthekeycomponentsofwindturbinesystem，anditsmanufacturecostaccountsfor20％30％ofthetota1．Itsstructurequalityistheguaranteeforwindturbinebladetocapturewindenergy，anddirectlyinfluencestheservicelife

4、ofthewindturbinesystem．Therefore，thestructuredesignqualityofthewindturbinebladedecidesthereliabilityandthecostofusingwindenergy．Thispaperintroducesthestructuredesignofthewindturbinebladeintheviewofmaterial，structure，plydesignandstructuralanalysisindetail．Keywords：windturb

5、ineblade；structuredesign；compositematerial0前言整体稳定；④满足强度要求和刚度要求。叶片结构世界风电产业的迅猛发展带动了风电机组及设计还需要以叶片的气动载荷分析为设计依据．其上游产业链的快速发展。叶片是风力发电设备的以达到减轻结构重量的目的。关键部件，其制造成本占风电设备总成本的20％风电叶片的设计寿命为20a，其结构设计应30％。叶片结构是叶片捕获风能的保证．直接影响严格按照国际标准来执行．目前主要参考的标准风电机组的运行寿命，叶片结构设计的好坏．在很有IEC国际标准和德国GL标准【】1。大程度

6、上决定了风电机组的可靠性和利用风能的本文从材料、结构形式、铺层设计、结构分析成本。因此，研究风电叶片的结构设计．开发出可等4个方面，阐述风电叶片结构设计技术及其发靠性高、成本低的叶片具有重要意义。展。风电叶片结构设计的主要目标：①振动最小l风电叶片材料或不出现共振；②质量最小；③保证结构的局部和风电叶片制造材料是叶片结构设计的基础。收稿日期：2008—11-26。基金项目：湖南省科技项目(2008RS4033)。作者简介：~(1980-)，男，硕士，结构设计师，从事风电叶片结构设计工作。E-mail：jinjia0tongC~ahoo．c

7、0m．cn·65·可再生能源2009，27(2)随着风电设备向大型化发展，1．5MW级叶片逐渐成为主流，目前，1．5MW及1．5MW以上叶片的制造材料主要选用环氧一玻纤复合材料体系。目前，风电叶片所用复合材料体系主要包括增强材料、基体材料、夹层泡沫、胶粘剂和其它辅]二助材料等。图1叶片根端示意图叶片增强材料以E一玻纤为主，其成本低，适Fig．1Bladerootdrawing用性强；当叶片更长，强度、刚度要求更高，自重更2．2叶片蒙皮和夹芯设计大时，则需采用碳纤维。基体材料以聚酯树脂、乙叶片蒙皮的主要作用是提供气动外型．还承烯基酯树脂和环

8、氧树脂为主，其中环氧树脂的担部分弯曲载荷和大部的剪切载荷。在靠近叶根收缩性低，力学性能好，结构稳定性和耐久性高。的区域，叶片所承受的弯曲和疲劳载荷很大，此时对于一般较小型的叶片(长度24m以下