风力机叶片的设计23页PPT
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风力发电机叶片的设计能源与环境的协调发展是实现国家现代化目标的必要条件。
随着全球气候变暖与化石能源的不断消耗及其对环境的影响问题,其他能源的开发越来越受到重视,如核能、地热能、风能、水能等新能源及生物质能、氢能的二次能源的开发应用也日益发展起来。
而在这些新兴的能源种类中,核能的核废料处理相当困难,并且其日污染相比火电厂更为严重,同时需要相当严密的监管控制能力以防止其泄露而产生不可估量的破坏,国际上这些例子也是相当多的。
而地热能的开发势必要依赖与高科技,在当今对地热开发利用还不完善的现状下,更是难以做到,并且其开发对地表的影响也相当大。
而风能则作为太阳能的转换形式之一,它是取之不尽、用之不竭的清洁可再生能源,不产生任何有害气体和废料,不污染环境。
海上,陆地可利用开发的可达2×1010kW,远远高于地球水能的利用,风能的发展潜力巨大,前景广阔。
自20世纪70年代中期以来,世界主要发达国家和一些发展中国家都在加紧对风能的开发和利用,减少二氧化碳等温室气体的排放,保护人类赖以生存的地球。
风力发电技术相对太阳能、生物质等可再生能源技术更为方便,成本更低,对环境破环更小,作为清洁能源的主要利用方式而飞速发展,且日益规模化。
一、叶片设计的意义在风力发电机中叶片的设计直接影响风能的转换效率,直接影响其年发电量,是风能利用的重要一环。
本文主要是设计气动性能较好的翼型与叶片并进行气动分析。
而翼型作为叶片的气动外形,直接影响叶片对风能的利用率。
现在翼型的选择有很多种,FFA-W系列翼型的优点是在设计工况下具有较高的升力系数和升阻比,并且在非设计工况下具有良好的失速性能。
叶片的气动设计方法主要有依据贝茨理论的简化设计方法,葛老渥方法与维尔森方法。
简化的设计方法未考虑涡流损失等因素的影响,一般只用于初步的气动方案的设计过程;葛老渥方法则忽略了叶尖损失与升阻比对叶片性能的影响,同时在非设计状态下的气动性能也并未考虑;维尔森方法则较为全面是现今常用的叶片气动外形设计方法。
R=0.1 Frequency=4Hz
Remaining static strength = 97%典型风机叶片的疲劳载荷-循环次数曲线
如果叶壳全部采用玻璃钢复合材料制造,达到要求的强度所需厚度只有几毫米。
但是因为从梁帽到后缘的距离有1米多长,如果采用几毫米的厚度则刚度不足。
这也会导致空气动力学问题和发生脱粘现象。
增加玻璃钢层的厚度可以解决这个问题,但又会导致重量和成本增加。
因此叶壳部分多
避免撞击的一个简单的办法就是加大静止时的叶尖和塔架间距,可以调整转子位置或是倾斜一定角度,还可以设计预弯型叶片或是锥形叶片。
在实际应用中这些方案都或多或少地存在一些问题,例如降低空气动力学效率,增加生产成本(例如加大间距型风机需要更高性能的机舱轴承)等
失效前叶根部FEA受力分析示意图
如果对某些部位的疲劳性能有所担心,就可以通过FEA分析得到更加详细的信息。
对于承载能力较差的区域可以通过分析载荷图谱计算出叶片使用过程中的累积破坏,并确切的知道是否会发生提前破坏。