隨著風電機組單機容量的不斷擴大, 風輪葉片的長度也越來越長, 從幾米發(fā)展到數(shù)十米。風機葉片長度的加長必然導致重量的上升, 重量的超差將會影響風電機組的壽命、發(fā)電量等。因此, 風輪插片機為了減輕風輪葉片的重量成各個葉片制造廠商急需解決的問題。葉片的材料有木頭、金屬、工程塑料、玻璃鋼等。
1、木制葉片及布蒙皮葉片
近微、小型風力發(fā)電機也有采用木制葉片的,但木制葉片不易做成扭曲型。
2、鋼梁玻璃纖維蒙皮葉片
葉片在近代采用鋼管或D型型鋼做縱梁,鋼板做肋梁,內填泡沫塑料外覆玻璃鋼蒙皮的機構形式,一般在大型風力發(fā)電機上使用。
3、鋁合金等弦長擠壓成型葉片
用鋁合金擠壓成型的等弦長葉片易于制造,可聯(lián)系生產,又可按設計要求的扭曲進行扭曲加工,葉根與輪轂連接的軸及法蘭可通過焊接或螺栓連接來實現(xiàn)。
4、玻璃鋼葉片
玻璃鋼增強塑料強度高、重量輕、耐老化,表面可再纏玻璃纖維及涂環(huán)氧樹脂,其他部分填充泡沫塑料。泡沫在葉片中主要作用是在保證其穩(wěn)定性的同時降低葉片質量,使葉片在滿足剛度的同時增大捕風面積。
4、碳纖維復合葉片
碳纖維復合材料葉片剛度是玻璃鋼復合葉片的兩至三倍。雖然碳纖維復合材料的性能大大優(yōu)于玻璃纖維復合材料,但價格昂貴,影響了它在風力發(fā)電大范圍應用。因此,全球各大復合材料公司正在從原材料、工藝技術、質量控制等各方面深入研究,以求降低成本。
風輪插片機葉片的形狀設計和葉片數(shù)經(jīng)過了復雜的理論計算和風洞實驗等過程才得以確定。結果證明,一般情況下,風輪的葉片越少,葉片的旋轉速度越高;葉片越多,風輪的轉速反而越低。因此,三葉片以下的風輪通常被認為是高速風輪,而多于三葉片的風輪為低速風輪。
對于自重相同的葉輪來說,葉片較少,就可以把葉片做得較長,轉動時葉片劃出的圓面積積(受風的總面識)就較大,所以轉速快,發(fā)電效率也較高;相反,如果用較多的葉片,在葉片總面積不變的前提下,葉片只能做得較短,葉片轉動時受風的總面積就較小,轉速反而較慢,發(fā)電效率也就較低了。
擠拉型玻璃鋼增強葉片,具有良好的耐久性和耐腐蝕性 耐酸、堿、及大氣環(huán)境的腐蝕,不須定期維護,材質均勻,柔韌性強,尺寸一致,重量標準,表面光滑,等特點。 主要用于:風力發(fā)電機、風力提水機、高速公路防眩板。
大型風輪插片機上的大部分轉子葉片用玻璃纖維強化塑料(GRP)制造。采用碳纖維或芳族聚酰胺作為強化材料是另外一種選擇,但這種葉片對大型風電機是不經(jīng)濟的。木材、環(huán)氧木材、或環(huán)氧木纖維合成物目前還沒有在轉子葉片市場出現(xiàn),盡管目前在這一領域已經(jīng)有了發(fā)展。鋼及鋁合金分別存在重量及金屬疲勞等問題,他們目前只用在小型風電機上。