Las palas de las turbinas eólicas representan alrededor del 15% al 20% del costo total de la turbina eólica. En la actualidad, las palas de las grandes turbinas eólicas están compuestas básicamente de materiales compuestos, y el contenido de material compuesto generalmente excede. 90%. Según las estadísticas, cada aumento del 6% en el tamaño de las palas de los aerogeneradores puede aumentar la cantidad de energía eólica captada en un 12%.
La intención original del diseño de la pala es lograr un equilibrio entre eficiencia dinámica y diseño estructural. La elección de materiales y procesos determina el espesor real final y el coste de la hoja. Los diseñadores estructurales desempeñan un papel importante a la hora de combinar principios de diseño y procesos de fabricación, y deben encontrar la solución óptima entre garantizar el rendimiento y reducir costes.
Análisis de la fuerza de la hoja: el empuje sobre la hoja hace que la hoja gire. La distribución del empuje no es uniforme sino proporcional a la longitud de la pala. La fuerza de empuje que soporta la punta de la pala es mayor que la de la raíz de la pala.
Diseño de viga: la deformación por flexión causada por el propio peso de la hoja y el empuje externo es la carga principal de la hoja. Para mejorar el rendimiento de flexión, se utiliza tela de fibra unidireccional en la dirección longitudinal de la hoja. , y se pasa una red de corte en el medio. La placa separa las tapas de las vigas superior e inferior tanto como sea posible, y la red de corte está hecha de tela de fibra bidireccional y material de núcleo de espuma (PET) colocado en diagonal para aumentar la rigidez general.
Estructura de viga interna: para reducir los costos de producción, se pueden eliminar algunos materiales innecesarios del diseño. Las palas comunes adoptan un diseño hueco.
Cáscara de la hoja: La función principal de la cáscara de la hoja es proporcionar una forma aerodinámica. La estructura tipo sándwich de la cubierta de la hoja aumenta la rigidez. La estructura tipo sándwich se compone de una capa superficial de fibra de vidrio con un material central de espuma (PET) o un material central de madera de balsa (BALTEK) en el medio. La estructura tipo sándwich es lo suficientemente rígida como para soportar cargas de flexión y al mismo tiempo evitar la desunión. Las fibras distribuidas diagonalmente en la carcasa proporcionan la rigidez torsional necesaria.
Diseño de la raíz de la hoja: La parte de la raíz de la hoja suele estar diseñada para ser redonda. Al mismo tiempo, para satisfacer las necesidades de mantenimiento y otras, las raíces de las palas están conectadas principalmente con pernos para facilitar el desmontaje y montaje. Para vigas metálicas se pueden utilizar conexiones de bridas soldadas.
Diseño de optimización del tamaño geométrico: sin cambiar la geometría de la hoja, se puede cambiar el rendimiento de la hoja ajustando el grosor de la tapa del larguero y se puede reducir el costo de producción. Las hojas más delgadas requieren tapas de larguero más gruesas, lo que aumenta los costos de producción. Al mismo tiempo, es necesario aumentar la resistencia de la red, pero debido a que el espesor se vuelve más delgado, el consumo total de material no cambia significativamente. En resumen, el diseño óptimo de dimensiones geométricas requiere una consideración integral de muchos aspectos, como el diseño del ventilador, el análisis de carga, el diseño estructural y el costo de fabricación, para obtener los mejores resultados.