
叶片的结构设计与实际生产制造方法息息相关,两者都需要兼顾生产成本和叶片的可靠性。两种主要的叶片制造方法有:预浸料法和灌注法。尽管两种方法都适用于两种常见设计的叶片结构,但预浸料主要用于箱式粱的叶片结构。
制造成本
为了提供高性能低成本的产品,在风力发电工业中,叶片制造工艺的选择是一直是有许多争论的主题。 灌注工艺被认为是低成本的制造方案其主要原因是原材料(BOM)的低成本。而预浸料所具有更高的材料性能,易操作实现自动化,同时减小叶片总重。更轻的叶片意味着较低叶片自身载荷同时也减小作用在叶轮毂和发电机(WTG)齿轮箱上的载荷。所以,在考虑成本的时,不仅仅要看到原材料的价格,同时要考虑整体的性能和成本因素。
叶片长度
叶片的长度是材料和生产技术的选择时最主要的考虑因素之一。根据历史数据,随着叶片的增长,重量增量与发电增量比约为2.5. 但由于运输条件、实际载荷作用在叶片和塔架上,这个增量比并不稳定. 所以需要运用不同的材料和设计理念为叶片增长提供多种解决方案。
减轻叶片重量
一种在增加叶片长度的同时并减小叶片重量的方法是使用更高强度和刚性的碳纤维材料代替玻纤材料。 碳纤维刚性大约为玻纤的3倍,而密度仅为分别 180 kg/m3(玻纤为240 kg/m3)。 尽管碳纤维具有更优越的性能,但其高成本和更精确的工艺要求使使用碳纤维设计和生产成为挑战。
较大叶片的疲劳特性
当叶片变的更长,其失效机理也会随之改变。20-35m 较小叶片设计主要围绕材料满足刚性需求,所以增强纤维的性能主导的材料设计。如果叶片变得更长,它对疲劳的敏感度对显著增加。这些疲劳负载更多的与复合材料中的树脂有关.当疲劳压应力主导设计时,复合材料的整体质量就变的尤为重要了。
为满足叶片制造的需要,原材料的选择对工艺设计至关重要,同时也整合了制造工艺于工艺设计中。