风力发电机叶片材料的选用

叶片是风力发电机组的重要构件。它将风能传递给发电机的转子，使之旋转切割磁力线

而发电。为确保在野外极其恶劣环境中长期不停、安全地运行，对叶片材料的要求是：

①密

度小且具有最佳的疲劳强度和力学性能，能经受住极端恶劣条件和随机的负荷（如暴风
等）的考验，确保安全运转

20 年以上；

②成本（精确说为分摊到每度电的成本）低；③叶

片的弹性、旋转时的惯性及其振动频率特性曲红都正常，传递给整个发电系统的负荷稳定性
好；

④耐腐蚀、耐紫外线（UV）照射和抗雷击性好；⑤维护费用低。

　　

FRP 完全可以满足以上要求，是最佳的风力发电机叶片材料。

　　

1.1 GFRP

　　目前商品化的大型风机叶片大多采用玻璃纤维增强塑料（

GFRP）制造。GFRP 叶片的

特点为：

　　

①可根据风机叶片的受力特点来设计强度与刚度 风机叶片主要是纵向受力，即气动弯

曲和离心力，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。利用玻璃纤
维（

GF）受力为主的受力理论，可将主要 GF 布置在叶片的纵向，这样就可使叶片轻量化。

　　

②翼型容易成型，可达到最大气动效率 为了达到最佳气动效果，利用叶片复杂的气动

外形，在风轮的不同半径处设计不同的叶片弦长、厚度、扭角和翼型，如用金属制造则十分
困难。同时

GFRP 叶片可实现批量生产。

　　

③使用时间长达 20 年，能经受 108 以上疲劳交变载荷 GFRP 疲劳强度较高，缺口敏感

性低，内阻尼大，抗震性能较好。

　　

④耐腐蚀性好 由于 GFRP 具有耐酸、碱、水汽的性能，可将风机安装在户外，特别对于

近年来大力发展的离岸风电场来说，能将风机安装在海上，使风力机组及其叶片经受各种
气候环境的考验。

　　为了提高

GFRP 的性能，还可通过表面处理，上浆和涂覆等对 GF 进行改性。美国的研

究表明，采用射电频率等离子体沉积去涂覆

E-GF，其拉伸及耐疲劳性可达到碳纤维

（

CF）的水平。

　　

GFRP 的受力特点是在 GF 方向能承受很高的拉应力，而其它方向承受的力相对较小。

叶片由蒙皮和主梁组成，蒙皮采用夹芯结构，中间层是硬质泡沫塑料或

Balsa 木，上