风机叶片结构分析与优化设计

发布时间：2020-08-07 08:56

【摘要】： 近年来,“能源危机”越来越引起人们的重视,能源短缺使得可再生能源得到空前发展。“绿色能源”之风已吹遍全球,风能作为取之不尽用之不竭的可再生能源在近几年得到了迅速发展,世界上不少国家都把开发利用风能作为一项能源政策。我国作为能源消费大国,近年来风电行业因政府的大力支持而得到快速发展,但我国的风电技术与风电发达国家相比差距很大,MW级以上风电设备设计技术基本依赖进口,作为风电机组关键部件之一的叶片尤其如此。因此,加快风电技术国产化,提高我国风电技术水平成为当务之急,本文在北京玻钢院复合材料有限公司和国家“十一五”科技支撑计划项目(2006BAA01A09)支持下,根据现有进口叶片,着重对大型水平轴风机叶片进行结构分析和优化设计进行了研究,取得了如下成果: 1.利用动量—叶素理论建立了较为完善的风轮叶片气动性能分析模型,将叶尖损失和轮毂损失修正系数引入动量—理论,使得轴向诱导因子和周向诱导因子的在计算中更加精确,研究了风剪切和偏航对风力机气动性能的影响;建立风力机坐标系,研究风力机的数学模型,包括工况模型和风力机模型,以及各种载荷的计算,包括空气动力载荷、重力和离心力载荷、惯性载荷和操纵载荷等,为叶片的结构分析和优化设计奠定基础; 2.根据叶片结构分析的有限元理论,利用大型通用有限元软件ANSYS建立叶片的实体模型,采用壳单元SHELL91和SHELL99对模型进行离散化,建立叶片的有限元模型,对建好的有限元模型施加工况条件,进行结构分析,主要包括强度分析、模态分析和稳定性分析等,完成了一整套利用有限元软件对大型叶片进行校核分析的方法,摸索出了具有复杂气动外形和内部铺层结构的复合材料叶片建模的有效方法; 3.根据结构分析结果,对叶片的铺层结构进行优化设计,利用ANSYS进行反复分析校核,确定最终铺层方案,并在结构性能上对优化后的叶片结构进行分析,结果证明了优化后的叶片不仅在性能上具有优越性,而且简化了成型工艺,降低了制造难度,这说明该优化方案基本上合理可行,并具有一定的适用性。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TK83
【图文】：

风电,全球

的发电方式，正是因为有这些独特的优势，其开发潜力己被世界各国所认可，风力发电已逐渐成为许多国家可持续发展战略的重要组成部分，是潜在的第三大主力发电电源。如图1一1和图1一2所示，随着风电技术的进一步发展和各国政策的扶持，风力发电的成本在不断降低，在过去的15年内，风电成本降低了50%，未来巧年风电装机容量年平均增长20%以上。如图1一3和图1一4，在过去的10年里，全球风电装机总量以每年超过28%的速度增长，而且这种趋势将会持续下去。由表1一1可以看出

风电,全球,装机容量,容量

风电机组,单机容量,发展趋势

风电单机容量的增大有利于提高风能利用效率，降低单位成本、扩大风电场的规模效应、减少风电场的占地面积的应用，因此，我国的风电机组正向兆瓦级方向发展(如图1一6所示)。国家发改委在2007年4月发布《能源发展“十一五”规划》中明确指出:“十一五”期间，重点发展资源潜力大、技术基本成熟的风力发电、生物质发电、生物质成型燃料、太阳能利用等可再生能源……截止2007年底，中国风电装机容量600万千瓦，几乎是过去十年装机总量的2倍，但这仅占陆地可利用风能的的0.44%左右，发展潜力巨大。图1一7是最近十年中国风电装机总量变化情况。在2008年3月18日，国家发改委对《可再生能源中民期发展规划》制定的目标做了重申和更动，将2010年的风电装机容量目标提高到1000万KW。根据中国综合资源综合资源利用协会的测算结果

【相似文献】