风力发电机组设计与制造作者姚兴佳第4章课件.pptVIP

第4章风轮与叶片设计 失速控制型风轮的优缺点： 优点：叶片和轮毂之间无运动部件，轮毂结构简单，费用 低；没有功率调节系统的维护费；在失速后功率的波动相对小。 缺点：气动制动系统可靠性设计和制造要求高；叶片、机舱和塔架上的动态载荷高；由于常需要制动过程，在叶片和传动系统中产生很高的机械载荷；起动性差；机组承受的风载荷大；在低空气密度地区难于达到额定功率。 （2）变桨距控制 变桨距控制主要是通过改变翼型攻角变化，使翼型升力变化来进行调节的。变桨距控制多用于大型风力发电机组。 变桨距叶片变距时气流变化过程和叶片角度变化示意如图所示。 变桨距控制型风轮的优缺点： 优点：起动性好； 刹车机构简单，叶片顺桨后风轮转速可以逐渐下 降；额定点以后的输出功率平滑；风轮叶根承受的静、动载荷 小。 缺点：由于有叶片变距机构、轮毂较复杂，可靠性设计要求高，维护 费用高；功率调节系统复杂，费用高。 轮毂是连接叶片与主轴的重要部件，它承受了风力作用在叶片上 的推力、扭矩、弯矩和陀螺力矩。通常轮毂的形状为三通形或三 角形。 风轮轮毂的作用是传递风轮的力和力矩到后面的机械结构中去， 由此叶片上的载荷可以传递到机舱或塔架上。 4.4轮毂的结构设计与载荷分析 4.4.1风轮轮毂的结构设计 一般常用的轮毂形式有以下几种： 刚性轮毂 刚性轮毂的制造成本低、维护少、没有磨损，三叶片风轮大部分采用刚性轮毂，也是目前使用最广泛的一种形式。但它要承受所有来自风轮的力和力矩，相对来讲承受风轮载荷高，后面的机械承载大，结构上有三角形和球形的形状。 2. 铰链式轮毂（柔性轮毂或跷跷板式轮毂） 铰链式轮毂常用于单叶片或二叶片风轮，铰链轴和叶片轴及风轮旋转轴互相垂直，叶片在挥舞方向、摆振方向和扭转方向上都可以自由活动，也可以称为柔性轮毂。 轮毂载荷包括作用于叶片上的气动的、重力的和惯性的载荷，以及来自轴的相等的和相对的（除去轮毂自重）反动力 。 最大剪切法。平均应力的影响可以使用Goodman关系： 式中 ——交变剪应力； ——平均剪应力； ——从S-N曲线得到的N个载荷周期时的交变剪应力； ——最大剪应力强度； ——安全系数。 4.4.2风轮轮毂的载荷分析 2. ASME锅炉（Boiler）和压力容器规则法。 该方程和最大剪切法类似。 3. 变形能法。这种方法的疲劳计算基于应力的有效波动或Von Mises应力。对于轮毂壳体来说，垂直于壳体表面的应力（称之为第三种基本力）为零，所以有效应力为 不少风电软件开发公司推出了一系列软件产品，为风电场设计、风机设计、风电场管理运行等提供一整套解决方案。如英国Garrad Hassan公司是专业的风电领域各类软件的开发商，推出了风机叶片设计软件、风电场设计软件、风电场运行监控和数据采集系统以及风机数据采集系统等系列软件产品。 4.5叶片的设计软件介绍 4.5.1 Garrad Hassan综合软件包 ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。 1.ANSYS软件提供的分析类型如下：　　（1）结构静力分析　　（2）结构动力学分析 （3）结构非线性分析　　（4）动力学分析 　 （5）热分析 　 （6）流体动力学分析 2.ANSYS 软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。 　 （1）前处理模块 1）实体建模 　 2）网格划分 　 （2）分析计算模块 （3）后处理模块 4.5.2 ANSYS软件 谢 谢！ 《风力发电机组设计与制造》 4 . 1概述 风轮的作用是把风的动能转换成风轮的旋转机械能。 风轮一般由一个、两个或两个以上的几何形状一样的叶片和一个轮毂组成。风力发电机组的空气动力特性取决于风轮的几何形式，风轮的几何形式取决于叶片数、叶片的弦长、扭角、相对厚度分布以及叶片所用翼型空气动力特性等。 由于风轮的噪声与风轮转速直接相关，大型风力发电机组应尽量降低风轮转速； 风轮的费用