風(fēng)力機葉片集成設(shè)計方法的試驗驗證與研究.pdf

1、能源是影響人類生存質(zhì)量的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。當(dāng)前人類使用的主要能源是煤炭、石油、天然氣等，這些能源的儲量有限，是不可再生的，使用這些能源又會引起“大氣污染”等一系列環(huán)境問題。近年來，可再生能源發(fā)展很快，風(fēng)能，作為一種可再生的“綠色能源”已席卷全球，被世界各國予以極大的關(guān)注與重視，都把運用風(fēng)能作為能源短缺的突破口。葉片是風(fēng)力機中最關(guān)鍵的部件之一，其良好的設(shè)計、可靠的質(zhì)量和優(yōu)越的性能是保證機組正常穩(wěn)定運行的決定因素。然而，我國在風(fēng)力機專用翼型的開

2、發(fā)及葉片的氣動外形設(shè)計等核心技術(shù)大多源于歐美，并沒有掌握其核心技術(shù)，這嚴(yán)重制約著我國風(fēng)電裝備的自主研發(fā)水平。重慶大學(xué)的陳進教授經(jīng)過多年的研究，以風(fēng)力機翼型及葉片空氣動力學(xué)理論為基礎(chǔ)，開創(chuàng)性的引入保角變換理論，結(jié)合泛函分析方法，提出了一系列風(fēng)力機翼型參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，并設(shè)計出了最大相對厚度在12％~40%的翼型系列；在風(fēng)力機優(yōu)化設(shè)計過程中，基于傳統(tǒng)的風(fēng)力機空氣動力學(xué)理論以及葉片氣動彈性理論，建立了新的風(fēng)力機軸向誘導(dǎo)因子和周向誘導(dǎo)因子計算模

3、型。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①選用優(yōu)化后的CQU-A150翼型，確定了葉片的弦長扭角分布，得到了葉片的三維設(shè)計模型。介紹了CQU-A150翼型，采用新的風(fēng)力機軸向誘導(dǎo)因子和周向誘導(dǎo)因子計算模型編制了以最大功率系數(shù)為優(yōu)化目標(biāo)的MATLAB程序，確定了葉片的弦長扭角分布，結(jié)合 CQU-A150翼型的二維坐標(biāo)通過三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到了葉片各截面離散點的三維坐標(biāo)，將這些坐標(biāo)導(dǎo)入到SolidWorks軟件中，通過一系列的曲面操作，最終得到了葉

4、片的三維設(shè)計模型。②在有限元分析軟件中，對葉片進行了靜力分析。建立了葉片的有限元模型，將葉片簡化為空心結(jié)構(gòu)，根據(jù)葉片的實際加工情況對葉片進行了鋪層，采用殼單元SHELL99對模型進行了網(wǎng)格劃分。分析了葉片在運行過程中所受到的載荷，確定了模型的邊界條件，并對加載后的結(jié)果進行了分析。③完成了葉片的制作。概述了葉片材料的發(fā)展，介紹了采用FRP成型技術(shù)加工葉片的特點，以及葉片加工過程中用到的材料，詳細闡述了葉片的加工制造過程，制作了一組葉片，并

5、實現(xiàn)了和現(xiàn)有輪轂的連接。④對葉片進行了功率特性測試。仔細閱讀了GB/T18451.0-2012/IEC61400-12-1標(biāo)準(zhǔn)，參照該標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合實際情況確定了測試設(shè)備，采用車載測試法對加工好的葉片以及國內(nèi)某單位設(shè)計的1kW風(fēng)力機葉片進行了功率輸出特性測試，參照測試標(biāo)準(zhǔn)采用比恩法對測試數(shù)據(jù)進行了處理，最終得到了兩種風(fēng)力機的功率特性曲線，從結(jié)果可以看出，裝有本文設(shè)計葉片的風(fēng)力機在風(fēng)速為6m/s~9m/s時發(fā)電功率明顯高于某單位設(shè)計的風(fēng)力機。