挟沙风作用下风力机叶片涂层冲蚀磨损过程试验研究

发布时间：2017-08-14 16:28

  本文关键词：挟沙风作用下风力机叶片涂层冲蚀磨损过程试验研究

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【摘要】：频繁的风沙现象致使风力机叶片涂层受到冲蚀磨损,使得风力机叶片的使用寿命严重缩短,这不仅影响了风电场的安全运行而且降低了风电场的经济效益。本文针对以玻璃纤维为基底的风力机叶片表面涂层冲蚀展开深入研究,采用加速冲蚀磨损的方式,研究挟沙风环境下风力机叶片涂层磨损规律,明确冲蚀磨损机理并根据Bitter理论建立评价体系,为在挟沙风环境下作业的风力机叶片涂层的抗冲蚀能力的改进提供理论依据。本文以玻璃纤维为基底,采用聚氨酯为涂层材料自制风力发电机叶片试样。利用自制的XS-40试验台,采用气流挟沙喷射法对试样和真实风力机叶片进行加速冲蚀磨损试验,分别对风力机叶片试样和真实风力发电机叶片进行单因素试验研究,分析涂层冲蚀过程,用SEM观察涂层冲蚀形貌,找出侵蚀机理,根据Bitter理论得出评价体系。再针对冲蚀速度、冲蚀角度和挟沙量等因素进行正交试验,找出冲蚀风力机叶片涂层的最优参数。试验结果表明：试样涂层冲蚀磨损量随着挟沙量增加而增大,涂层冲蚀量跟冲蚀速度呈线性增长；当冲蚀角α30°时,冲蚀磨损量随着冲蚀角的增大而增多,当冲蚀角α30°时,冲蚀量随着冲蚀角度的增大而减小,当冲蚀角α≈0°时冲蚀磨损量最大,冲蚀角度a≈90°时冲蚀量最小；真实风力机叶片前缘和迎风面冲蚀量都随着挟沙量的增加而增大,随着冲蚀速度的增大冲蚀磨损更加剧烈,在同一部位的风力机叶片,前缘的冲蚀磨损量小于迎风面的的冲蚀磨损量。在低冲蚀角(α30°)下的侵蚀机理,涂层主要受剪应力的犁耕和切削作用,而在高冲蚀角(a60°)时,主要受正应力的挤压作用。由于聚氨酯为塑性材料,强度低而韧性好,切削力作用比正应力作用更加明显,故在低冲蚀角(α30°)时冲蚀磨损更严重。对涂层冲蚀磨损影响最大的因素是冲蚀速度,其次是挟沙量,影响最小的是冲蚀角度。涂层在冲蚀速度快、挟沙量大、冲蚀角(α≈30°)的情况下冲蚀磨损最剧烈。
【关键词】：风力机叶片 冲蚀磨损量 磨损机理 评价体系
【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】：2016
【分类号】：TM315;TG174.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-10
• 1 引言10-16
• 1.1 国内外研究现状11-13
• 1.1.1 国内外开展有关冲蚀磨损的实验研究11-13
• 1.1.2 风力机叶片涂层磨损研究13
• 1.2 存在的主要问题13-14
• 1.3 选题的目的和意义14
• 1.4 研究内容14-16
• 2 试验设备及研究方法16-22
• 2.1 冲蚀磨损的测量和形貌观察方法16-17
• 2.1.1 试件涂层材料冲蚀量16
• 2.1.2 冲蚀磨损形貌观察方法16-17
• 2.2 风沙环境特性分析17-20
• 2.2.1 沙粒特征分析17-18
• 2.2.2 试验风速段设置18-20
• 2.3 设置挟沙量的设备20
• 2.4 试件制作设备20
• 2.5 试验装置20-22
• 3 风力机叶片涂层加速冲蚀过程22-34
• 3.1 试件制备22
• 3.2 风力机叶片涂层冲蚀过程22-23
• 3.3 试件冲蚀过程分析23-26
• 3.3.1 不同挟沙量对涂层冲蚀量和冲蚀率的影响23-24
• 3.3.2 冲蚀角度对涂层磨损量的影响24-25
• 3.3.3 挟沙风冲蚀速度对涂层冲蚀磨损量的影响25-26
• 3.4 真实风力机叶片冲蚀过程分析26-30
• 3.4.1 挟沙量对真实风力机叶片冲蚀量和冲蚀率的影响27-28
• 3.4.2 冲蚀角度对真实风力机叶片冲蚀量的影响28-29
• 3.4.3 冲蚀速度对真实风力机叶片冲蚀量的影响29-30
• 3.5 最大冲蚀磨损量的探究试验30-32
• 3.5.1 试件涂层冲蚀量影响因素试验30-32
• 3.5.2 验证试验32
• 3.6 本章小结32-34
• 4 涂层的冲蚀损伤机理分析34-39
• 4.1 未冲蚀涂层表面机理分析34
• 4.2 低冲蚀角对涂层表面冲蚀损伤机理分析34-36
• 4.3 高冲蚀角对涂层表面冲蚀损伤机理分析36-37
• 4.4 本章小结37-39
• 5 挟沙风环境对涂层冲蚀磨损程度的评价39-44
• 5.1 冲蚀磨损评价的计算公式39-40
• 5.2 冲蚀磨损评价实例分析40-43
• 5.2.1 冲蚀磨损量与冲蚀角的关系40-41
• 5.2.2 冲蚀磨损量与冲蚀速度的关系41-43
• 5.3 本章小结43-44
• 6 结论与展望44-45
• 6.1 结论44
• 6.2 展望44-45
• 致谢45-46
• 参考文献46-49
• 作者简介49

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本文编号：673613