大型風(fēng)力機(jī)研究.pdf

1、隨著人類對能源需求的日益增大,對無污染、可再生、低成本能源的開發(fā)和研究越來越重視。風(fēng)力發(fā)電作為一種由新型的清潔能源,在最近二十年飛速發(fā)展。葉片作為風(fēng)力機(jī)的關(guān)鍵部件,其工作環(huán)境伴隨著各種風(fēng)沙磨損、雷電以及紫外線照射等因素,使得葉片的性能逐漸降低,影響風(fēng)力機(jī)的發(fā)電效率,因此對葉片的疲勞分析至關(guān)重要的,估算出葉片滿足工作環(huán)境的疲勞極限壽命也是研究的重點。
　　本文以2MW的風(fēng)力機(jī)為研究對象,采用廣東南澳風(fēng)電場數(shù)據(jù)對風(fēng)力機(jī)葉片進(jìn)行設(shè)計,運(yùn)

2、用翼型軟件Profili和UG軟件進(jìn)行葉片的3D建模,使用有限元分析軟件ANSYS Workbench對不同風(fēng)速下的風(fēng)力機(jī)進(jìn)行流場分析,計算出在湍流風(fēng)作用時葉片各處的壓力分布,得到工況下的葉片載荷。然后對葉片進(jìn)行應(yīng)力分析,最后通過風(fēng)場的數(shù)據(jù)計算出應(yīng)力循環(huán)百分比和疲勞破壞的總循環(huán)數(shù),根據(jù)復(fù)合材料的S-N曲線以及運(yùn)用Palmgren-Miner準(zhǔn)則估算出葉片的疲勞極限壽命,得到的結(jié)論如下:
　　(1)在葉片的迎風(fēng)面,都為正壓力,并且葉

3、片的風(fēng)壓分布在葉尖部位比較明顯,且數(shù)值比較大,依次向葉根部位變小;葉片的背風(fēng)面負(fù)壓分布比較明顯,并且由于受到風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的影響,導(dǎo)致葉尖部位負(fù)壓數(shù)值最大,另外受葉片的結(jié)構(gòu)影響,壓力分布并不均衡。
　　(2)風(fēng)力機(jī)葉片在葉根部的變形最小,并且從葉根至葉尖,變形越來越大,在葉尖部的變形達(dá)到最大。通過復(fù)合翼型和單一翼型葉片的變形結(jié)果對比可以發(fā)現(xiàn),復(fù)合翼型葉片的變形量明顯少于單一翼型葉片,所以在選擇葉片翼型的時候,葉根部所選擇的翼型盡量采用寬

4、度較大(即厚實)的翼型,同時為了保證整個葉片的升阻比以及葉片的風(fēng)能利用率,在葉片其他部位滿足承受應(yīng)力的條件下,盡量采用升阻比大的翼型來提升整個葉片的升阻比,從而使設(shè)計出來的復(fù)合翼型葉片風(fēng)能利用率高、使用壽命長、葉片輕。所以,復(fù)合翼型的葉片更接近于實際,更適用于大型風(fēng)力機(jī)。
　　(3)通過復(fù)合材料的S-N曲線以及運(yùn)用Palmgren-Miner準(zhǔn)則估算出葉片的疲勞極限壽命為23年,結(jié)合ANSYS Workbench軟件預(yù)測葉片的使用