風(fēng)力機(jī)葉片集成設(shè)計(jì)方法的試驗(yàn)驗(yàn)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(chǔ)量有限，是不可再生的，使用這些能源又會(huì)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(guó)予以極大的關(guān)注與重視，都把運(yùn)用風(fēng)能作為能源短缺的突破口。葉片是風(fēng)力機(jī)中最關(guān)鍵的部件之一，其良好的設(shè)計(jì)、可靠的質(zhì)量和優(yōu)越的性能是保證機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行的決定因素。然而，我國(guó)在風(fēng)力機(jī)專用翼型的開

2、發(fā)及葉片的氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)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(guó)風(fēng)電裝備的自主研發(fā)水平。重慶大學(xué)的陳進(jìn)教授經(jīng)過多年的研究，以風(fēng)力機(jī)翼型及葉片空氣動(dòng)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(jī)翼型參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，并設(shè)計(jì)出了最大相對(duì)厚度在12％~40%的翼型系列；在風(fēng)力機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，基于傳統(tǒng)的風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)理論以及葉片氣動(dòng)彈性理論，建立了新的風(fēng)力機(jī)軸向誘導(dǎo)因子和周向誘導(dǎo)因子計(jì)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(zhǎng)扭角分布，得到了葉片的三維設(shè)計(jì)模型。介紹了CQU-A150翼型，采用新的風(fēng)力機(jī)軸向誘導(dǎo)因子和周向誘導(dǎo)因子計(jì)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(zhǎng)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(diǎn)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(jì)模型。②在有限元分析軟件中，對(duì)葉片進(jìn)行了靜力分析。建立了葉片的有限元模型，將葉片簡(jiǎn)化為空心結(jié)構(gòu)，根據(jù)葉片的實(shí)際加工情況對(duì)葉片進(jìn)行了鋪層，采用殼單元SHELL99對(duì)模型進(jìn)行了網(wǎng)格劃分。分析了葉片在運(yùn)行過程中所受到的載荷，確定了模型的邊界條件，并對(duì)加載后的結(jié)果進(jìn)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(diǎn)，以及葉片加工過程中用到的材料，詳細(xì)闡述了葉片的加工制造過程，制作了一組葉片，并

5、實(shí)現(xiàn)了和現(xiàn)有輪轂的連接。④對(duì)葉片進(jìn)行了功率特性測(cè)試。仔細(xì)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(shí)際情況確定了測(cè)試設(shè)備，采用車載測(cè)試法對(duì)加工好的葉片以及國(guó)內(nèi)某單位設(shè)計(jì)的1kW風(fēng)力機(jī)葉片進(jìn)行了功率輸出特性測(cè)試，參照測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)采用比恩法對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，最終得到了兩種風(fēng)力機(jī)的功率特性曲線，從結(jié)果可以看出，裝有本文設(shè)計(jì)葉片的風(fēng)力機(jī)在風(fēng)速為6m/s~9m/s時(shí)發(fā)電功率明顯高于某單位設(shè)計(jì)的風(fēng)力機(jī)。