对风机FRP叶片设计方法的分析.pdfVIP

学兔兔 对风机 FR P叶片设计方法的分析 口 阎树田1,2 口 雷恩奇z 1。兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室 兰州 730050 2．兰州理工大学 机电工程学院 兰州 730050 摘 要：兆瓦级风机玻璃钢叶片设计的主要内容为气动性能、结构、强度、屈曲和动态特性。在已有研究的基础上对 这些问题进行了深入的分析，形成了一套叶片设计的方法，为叶片气动和气弹性能的综合优化提供了参考依据。 关键词：风力机 叶片 气动设计 气弹设计 中图分类号：TH122；TK83 文献标识码：A 文章编号：1000—4998(20111 10—0013—03 最近几年，风力发 电在电能生产中所 占的份额越 目前 国内外 在设计 中普 遍应 用 wilson气动性能 来越大。能源危机和全球环境的需求驱使人们寻求并 优化设计理论 ，该理论基于片条理论 ．将优化 目标定义 利用可再生能源。风能是 目前最具有开发价值的可再 为设计工况r一般为额定工况 )下叶片任一剖面最 大输 生能源之一，是可再生能源中近期最有前景的大型能 出功率，导出最优气动外形参数分布。即沿半径方向不 源 。国外 的大型风力发 电建设达到 8 O00元／kW 的造 同剖面的弦长和扭角。叶根处半径小 ，叶片工作过程中 价和 O．4元／度的电价，预计今后还有较大的降价空间， 相对风速就较小 ，从而计算得到的弦长和扭角较大 ．这 大型风电场 即将成 为电力市场中有竞争能力的选项 。 样就会大幅增加 叶片重量。不仅成本增加很大 ，而且加 风 电市场的前景取决于成本 。而降低成本的关键是科 大 了运行过程中重力载荷对疲劳强度的影响 ，扭 角太 技进步。正是这种需求趋势，使得对风力机的需求逐步 大也会增加 叶片制造的成型难度 。所以在实际生产中 ． 增加，这需要研制和开发大型风力机，同时又要减J-风 要对叶根处采用其它方法 ，适 当减小叶根的弦长和扭 力机造价并提升风力机 的整机性能和效率。 角。风机运行过程中，叶片不可避免地会发生挥舞和摆 风力机组主要 由三大部分组成 ，即风轮 (包括叶 振，所以对刚度有较高的要求，越靠近叶根处，要求的 片 ，轮毂等 )、机舱 (包括齿轮箱 、电机、控制等)和塔架 刚度越大。而玻璃钢的弹性模量较小，工程 中采用随半 及地基，其最关键的部件是风轮叶片。由于具有比强度 径改变翼型相对厚度的方法 。从叶尖剖面处采用 10％ 和 比刚度高 、重量轻 、耐腐蚀 、抗疲劳性能好 、易成型等 的薄翼型逐步递增到叶根过渡处剖面的 30％左右 。在 优点 ，玻璃钢成为制作叶片采用最多的材料。叶片设计 确定叶片的气动外形后(如图 1所示)，便可算出风轮 涉及的内容较多 ，包括叶片的气动性能 (风能利用系 主要的气动性能指标，包括设计工况对应的安装角、不 数 、升阻比等)、气弹性能(叶片在时变气动载荷下 的弯 同风速下的轴向推力 、转矩和实际输出功率以及气动 曲、振动 、疲劳寿命等 )和噪声等。结合 国内外玻璃钢叶 荷 载 沿 叶 片 的 分 片开发资料，本文讨论玻璃钢叶片设计 的若干问题 。 布 ，为以后 的结构 、 强度 以及动态分析 1 叶片的气动性能 做准备。 叶片的气动设计主要解决的内容是 ，确定风轮叶