風機葉片的風機葉片設計

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風機葉片約佔風機總成本的15%-20%，目前大型風力發電機的葉片基本上是由複合材料構成，複合材料含量通常超過90%。據統計，風機葉片尺寸每增大6%，捕獲的風能可增加12%。

葉片的設計初衷是獲得動力學效率和結構設計的平衡。材料和工藝的選擇決定了葉片最終的實際厚度和成本。結構設計人員在如何將設計原則和製造工藝相結合的工作中扮演著重要角色，必須找出保證效能與降低成本之間的最優方案。

葉片受力分析：葉片上承受的推力驅動葉片轉動。推力的分佈不是均勻的而是與葉片長度成比例分佈。葉尖部承受的推力要大於葉根部。

大梁設計：由於葉片自重和外部推力產生的彎曲變形是葉片的最主要載荷，為了提高彎曲效能，在葉片的長度方向上採用單向纖維布，且中間通過抗剪腹板將上下兩層樑帽儘可能分隔開，抗剪腹板採用對角鋪放的雙向纖維布加泡沫（pet）芯材構成，起到增加整體剛性的作用。

內部樑結構：為了降低生產成本，設計中可以去除一些不必要的材料，常見的葉片都採用中空式設計。

葉殼：葉殼的作用主要是提供空氣動力學外形。葉殼的夾芯結構增加了剛性，夾芯結構由玻璃鋼表層中間加泡沫（pet）芯材或巴沙輕木（baltek）芯材構成。

夾芯結構具備足夠的剛性承擔彎曲載荷同時防止脫粘。葉殼中的對角分佈的纖維提供了必要的抗扭剛性。

葉根設計：葉根部分通常設計為圓形。同時為了滿足維護等需要，葉片根部多以螺栓連線以便於拆裝。對於金屬大梁可以採用焊接的法蘭連線。

幾何尺寸優化設計：在不改變葉片幾何外形的條件下，通過調整樑帽的薄厚來改變葉片效能，降低生產成本。厚度較薄的葉片需要配以更厚的樑帽，但會增加生產成本。

同時腹板強度也需提高，但因為厚度變薄所以總的材料用量沒有明顯變化。綜上所述，幾何尺寸的優化設計需要從風機設計，載荷分析，結構設計和製造成本等多方面綜合考量才能獲得最佳的結果。