风沙环境下风力机叶片涂层冲蚀磨损分区的研究

发布时间：2020-07-14 02:02

【摘要】：叶片是风力发电机组的重要部件之一,承载着风能利用和转换的重要作用。叶片保护涂层性能的优劣会严重影响风力机叶片及风电设备整体的性能和使用寿命。内蒙古自治区是全国风能资源较为丰富的地区,但由于环境沙漠化严重,沙尘天气发生频繁,挟沙风对工作中的风力机叶片涂层冲蚀磨损严重,导致叶片在运行过程中阻力增大,风能利用率降低,同时也可能引发事故。由于风力机叶片表面涂层在受到沙粒冲蚀时,各个部位发生磨损的情况各不相同。而且工作中的风力机叶片长期暴露在恶劣的环境条件下并且不容易接近,在许多情况下不可能重做保护涂层。针对以上问题,利用SolidWorks对1.5MW水平轴风力发电机组风轮建立模型,用ANSYS-Fluent DPM模型数值模拟风沙环境下风力机叶片涂层的冲蚀磨损过程,分析不同粒径沙粒的运动轨迹以及沙粒与风力机叶片撞击时沙粒的行为;利用OFDY-1.2型移动式风蚀风洞对风力机叶片微缩模型进行加速冲蚀磨损试验,根据试验结果与模拟计算结果,分析叶片前缘、后缘、迎风面、背风面、叶尖、叶根等不同部位涂层的磨损速度、磨损率、磨损形貌和磨损机理情况,对风沙环境下风力机叶片涂层冲蚀磨损分区进行了研究。结果表示:在沙粒粒径大小相同时,随着来流速度的增大,沙粒对涂层表面的撞击次数增多;在来流速度大小相同时,随着沙粒粒径的增大,风速对沙粒运动的影响减弱,撞击到叶片表面的沙粒随之减少;在来流速度大小相同时,粒径较大的沙粒大多是对叶片涂层表面直接撞击,而粒径较小的沙粒,大多是对叶片涂层表面进行斜擦;随着沙粒粒径和来流速度的增大,冲蚀磨损率也随之增大,但冲蚀磨损位置分布基本不变,都是在叶尖偏前缘位置最先发生;根据风力机叶片各个部位涂层的不同磨损率、磨损形貌和磨损机理,将风力机叶片涂层冲蚀磨损划分为切削磨损区域(缓慢磨损区域)、凿削磨损区域(剧烈磨损区域)和停滞磨损区域3个区域,为后期风沙环境下风力机叶片分区适应性涂层材料的研究提供理论基础。
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM315;TG174.4
【图文】：

风力发电技术、风电产业也得到迅猛发展［Ｕ２］。截止２０１８年底，全国（除港、逡逑澳、台地区外）新增装机容量２１丨４．３万ｋｗ，同比增长７．５％；累计装机容量约２．１逡逑亿ｋｗ，同比增长１１．２％，保持稳定增长，如图１所示［３］。国家能源局发布的《风电逡逑发展“十三五”规划》提出，到２０２０年底，我国风电累计并网装机容量确保达到逡逑２．１亿ｋｗ以上［４］。逡逑单位万千瓦逡逑２２Ｋ？邋逦逡逑２００００逡逑１５０００逦＾逡逑１２５００逡逑懌 ．．逦逦－？邋ｐ逡逑悘逦Ａ邋Ｊ逦？：邋Ｉ逦．．．．ＩＩ：逡逑２０ＣＳ逦２ｍ９逦２０１０逦２０１１逦２Ｓ１２逦Ｗ１３逦２０１４逦２０１５逦２Ｇ１６逦２０１７逦２０１Ｓ逡逑０邋藉墙荽铒逦ＳＩＳ逦ｉｓｍ逦１８９３逦１７６３逦１２Ｓ６逦ＩＳＯＳ逦２３２０逦３０７５逦２３３？逦１９６６逦２１Ｕ逡逑v|邋ｔｉｌ？装机逦１２００逦２５８Ｘ逦４４７３逦６２３Ｓ逦７Ｓ３２逦９１４１逦１１４＆１逦１４５５６逦１６８７３逦１８８３９逦２０９５３逡逑数据来源：ＣＷＥＡ逡逑图１逦２００８年至２０１８年中国新增和累计风电装机容量逡逑Ｆｉｇ．邋１邋Ｎｅｗ邋ａｄｄｅｄ邋ａｎｄ邋ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ邋ｗｉｎｄ邋ｐｏｗｅｒ邋ｉｎｓｔａｌｌｅｄ邋ｃａｐａｃｉｔｙ邋ｉｎ邋Ｃｈｉｎａ邋ｆｒｏｍ邋２００８邋ｔｏ邋２０１８逡逑内蒙古自治区幅员辽阔，风能资源丰富，主要分布在典型草原、荒漠草原、荒逡逑漠区域等，全区技术可开发风能资源约占全国可开发总量的５０％，风能资源储量居逡逑全国首位＇邋依靠丰富的风能资源，内蒙古风电产业发展飞速，西起阿拉善戈壁东逡逑至呼伦贝尔草原

至呼伦贝尔草原，内蒙古已投资建成一大批大型风电场Ｍ。其中内蒙古阿拉善高原、逡逑河套平原及鄂尔多斯高原是我国沙尘暴多发区ｍ。截止２０１８年底，内蒙古自治区风逡逑电装机容量为２８６９０ＭＷ，居全国各省（区、市）第１位，如图２所示，预计到２０２０年，逡逑风电装机容量达到４５０００ＭＷ？。逡逑

内蒙古农业大学硕士学位论文因此根据内蒙古中西部地区多风沙的环境特点，利用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ对１．５Ｍ力发电机风轮建立模型，采用ＡＮＳＹＳ－Ｆｌｕｅｎｔ邋ＤＰＭ模型数值模拟风沙环风力机叶片涂层的冲蚀磨损过程，分析不同粒径沙粒的运动轨迹以及沙叶片撞击时沙粒的行为；采用０ＦＤＹ－１．２型移动式风蚀风洞，模拟内蒙古的风沙环境，对以聚氨酯为涂层的１．５ＭＷ水平轴风力机叶片微缩模型进磨损试验研究，分析叶片前缘、后缘、迎风面、背风面、叶尖、叶根等层的磨损率、磨损形貌和磨损机理情况，对叶片涂层冲蚀磨损进行分区。沙环境下风力机叶片分区适应性涂层材料的研究提供理论基础，进一步沙环境下风力发电机叶片使用寿命的延长、提高风力发电机组的安全运用风能、增加风电场的经济效益等具有重要意义。本课题来源于国家自（１１２６２０１５）、内蒙古人才开发基金（２０１３年度导师个人项目）、内蒙然科学基金（２０１８ＭＳ０５０２２）项目。逡逑

【参考文献】

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本文编号：2754316