在试验过程中，应记录叶片和试验台的挠度。该试验通常与静力试验一起进行。 4.1.6叶片的耐环境性评定
风机叶片工作环境恶劣，易受磨蚀破坏。需选择优异的防护涂层。涂层需满足叶片防腐蚀性、提高其使用寿命，而且重点考虑抗冲击耐磨，并能为风机叶片提供光滑的空气动力学表面，从而增大风机的转化效率。具体要求其具有良好的附着性、高耐磨性、耐候性和耐大气腐蚀。 根据聚合物复合材料实际应用的情况，用力学性能的变化作为评定老化的指标。一般有以下几个方面：大气曝晒、仓库存放、水浸泡及腐蚀介质浸蚀等。为加速老化试验，还可用人工气候、湿热、热老化及腐蚀等方法进行。
4.2测试方法
4.2.1复合材料的测试方法
在复合材料质量以及试样制备方法上的差异往往对实验结果产生很大的影
响。因此试验前必须进行严格检验。测试的方法有丝束拉伸试验，拉伸试验，压缩试验，剪切试验，厚度方向剪切试验，弯曲试验等。
表1 测试方法的优缺点
试验方法 分布式表面加载（使用沙袋等静重） 优 点 精确的载荷分布 剪切载荷分布很精确 缺 点 只能单轴 只能静态载荷 失效能量释放可导致更严重的失效 非常低的固有频率 一次只能精确试验一个或两个剖面 单点加载 硬件简单 由试验载荷引起的剪切载荷较高 一次试验可试验叶片多点加载 的大部分长度 剪切力更真实 26
更复杂的硬件和载荷控制
不易获得准确的应变，损伤分布在整个剖单轴加载 硬件简单 面上 挥舞和摆振方向载荷多轴加载 合成更真实 简单硬件 共振加载 能耗低 简单，快速，较低的峰等幅加载 值载荷 等幅渐进分块加载 等幅可变分块加载 简单方法模拟变幅加载 更真实的加载 变幅加载 对疲劳公式精确性不敏感 对疲劳公式精确性和加载顺序影响敏感 （尽管敏感程度低于等幅渐进分块加载） 较高的峰值载荷 复杂的硬件和软件 比较慢 失效循环次数有限 对疲劳公式精确性和加载顺序影响敏感 面上 对疲劳公式的精确性敏感 不易获得准确的应变，损伤分布在整个剖更复杂的硬件和载荷控制
4.3 影响性能的主要因素
4.3.1设计因素对风电叶片影响
设计水平是决定风电叶片安全和寿命的最重要因素，叶片的主要功能是将风
的动能转换成风轮的机械能，这个功能主要由叶片翼型的气动性能决定。叶片要完成其功能，必须要有足够的刚度、强度、稳定性和疲劳寿命，这主要取决与叶片的结构设计水平。叶片在极限载荷和疲劳载荷作用下，存在多种失效模式，主要包括叶片局部或整体屈曲、局部强度失效、疲劳失效。
叶片主要载荷是风引起的气动载荷和操作引起的载荷，载荷计算是叶片设计
的基本条件。由于风力机工作情况的特殊性, 其设计要求很高, 为保证叶片的安全可靠, 必须有专业的从事气动、 结构分析的人员,按规范要求对叶片进行详细的分析和设计, 以保证叶片能够承受极限载荷和疲劳载荷。
27
4.3.2制造因素对风电叶片影响
目前大功率叶片基本上是由热固性基体树脂与玻璃纤维或碳纤维等增强材
20
料,通过手工铺放或树脂注入等成型工艺复合而成。为了保证叶片的气动外形
并有足够的强度, 叶片一般为空心结构, 包括两部分: 蒙皮和主梁,其典型的截面如图23所示
图23 典型的叶片截面型式
叶片最重要的部位是叶根, 叶片的全部载荷要通过叶根传递到轮毂, 其承
受的载荷最大。典型叶根连接型式如图24所示,从图中可以看到,叶根形式复杂, 保证叶根各部分和材料间的连接强度是叶片安全的重要因素。
图24 典型叶根连接型式
在制造过程中, 为了保证叶片的制造质量, 一定要注意采用的纤维类型、
纤维铺设方向、 树脂和粘合剂的温度、湿度、 合理的模具确保基体树脂均匀地达到叶型的任何位置,避免缺陷。保证连接部位的强度, 要通过一定的检测方法保证叶片的制造质量。同时要注意加工过程的标准化,减少叶片材料性能的随机
28
性。
4.3.3检测因素对风电叶片影响
按规范的要求, 所有新设计的叶片必须进行检测, 其主要目的是保证叶片
的结构性能达到要求。叶片主要的检测项目包括:质心( 重心)、 刚度的分布、 固有频率、极限强度和疲劳强度。由于复合材料叶片一般采用复杂的工艺过程进行制造,在制造过程中,内部难免会出现气孔、裂缝等缺陷,因此,叶片制造过程中的检测方法和水平对叶片安全性有重要影响。
29
参考文献
[1]潘艺,周鹏展,王进. 风力发电机叶片技术发展概述[J].湖南工业大学学报,2007,5(3).
[2]Marloes Caduff,Mark A.J.Huijbregts,Hans-Joerg Althaus,Althaus,Annette Koehler. Wind Power Electricity: The Bigger the Turbine, The Greener the Electricity?.Environmental Science & Technology,2012,46:4726.
[3]BRADAI GH CONCHUR O．First recyclable wind blade to be developedlJ1．Reinforced plastics，2004,48(10):8.
[4]马振基,林育锋. 复合材料在风力发电上的应用发展[J].高科技纤维与应用,2005,8(4)：5-6. [5]陈宗来,陈余击. 大型风力机复合材料叶片技术及进展[A].玻璃钢/复合材料,2005,5(3): 53-56.
[6]李祖华. 风力发电现状和复合材料在风机叶片上的应用(2)[J].高科技纤维及应用,2008,6(3)：31-32.
[7]童文波. 大型风电设备转轮叶片的制造工艺[A].发电设备,2010(4): 289-291.
[8]戴春晖,刘钧,曾竟成,边力平. 复合材料风电叶片的发展现状及若干问题的对策[A]. 玻璃钢/复合材料, 2008,1：53-56.
[9]赵秋晨. 浅谈风力发电机叶片的设计制造工艺[J].装备制造,2010,4: 180.
[10]SOO Yong Lee and GEORGE S Springer. Filament Winding Cylinders[J].Journal of Composite Materials,1990,24( 12) : 1270 -1365．
[11]刘森川,王秋野,王海芳. 拉挤复合材料在H 型垂直轴风机叶片上的应用[J].纤维复合材料,2011,3(1):35-37.
[12]韩振宇,孟庆鑫,富宏亚. 风力叶片的纤维缠绕设计[A].玻璃钢/复合材料,2007,7: 38-41. [13]Povl Brondsted, Hans Lilholt, and Aage Lystrup. Composite Materials Forwind Power Turbine Blades[J]. Annu. Rev. Mater. Res. 2005. 35:505–38
[14]Correia NC,Robit aille F,Long A C. Analysis of the vacuum infusion molding process [J].Analytical formulation Composites,2005(3): 1645- 1656.
[15]郝志勇. 真空导入工艺在风电叶片领域的应用与研究[J]. TIANJINSCIENCE& TECHNOLOGY, 2011(3): 28-30
[16]任国栋. 基于协同仿真的风力发电机叶片的疲劳研究.机床与液压,第38卷,第7期 2010年4月
[17] 张磊安. 兆瓦级风电叶片静力加载控制系统设计及试验. 中国机械工程 2011年18期 [18] Composite materials for wind power turbine blades. Annu. Rev. Mater. 2005 35: 505 -38 [19]岳大皓. 风电叶片红外热波无损检测的实验探究 红外技术 第33卷第10期 2011年10月
[20] RTM成型工艺原理及其特点. 玻璃钢 1994年 第3期
30