小型水平轴风力机叶片设计与有限元分析

发布时间：2020-08-07 17:57

【摘要】：为了更好地发展我国的风力发电事业,实现风力发电机的国产化,必须通过深入系统的研究,掌握风力机及关键零部件的设计和分析技术。本文根据传统的叶片设计方法设计了400W小型水平轴风力机叶片,生成了三维几何模型。然后采用有限元方法对叶片进行了振动模态分析,得到各阶振动频率和振型,为防止结构共振提供了依据。针对小型风力机叶片强度分析的特点,提出了一种梁单元与实体单元相结合的高效率的有限元建模方法,并将分析结果与文献中的试验结果相对比,验证了该建模方法的有效性。最后,用该方法分析了自行设计的应用于风光互补路灯的小型风力机叶片在额定风速下的受力与变形,验证了叶片的安全性。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK83
【图文】：

2.1 风力机结构介绍风力发电机从结构上可分为两类。一是垂直轴风力机，风轮轴是垂直布置的叶片带动风轮轴驱动所要驱动的机械。其二是水平轴风力机，叶片安装在水平轴叶片接受风能转动去驱动所要驱动的机械。现在世界上广泛使用的用于并网发电风力机多为三叶片的水平轴大型风机。1．垂直轴风力机现代垂直轴风力机发电机很少商品化生产。主要原因是效率低，需启动设备但垂直轴风力发电机优点很多，增速器、联轴器、制动器、发电机都可以安装在面上，安装、维修都非常方便，不用调向，垂直轴风力发电机比较典型的是达里垂直轴风力发电机和 S 型风轮垂直轴风力发电机，如图 2-1[22]。

水平轴风力发电机是目前世界各国风力发电机最为成功的一种形式。水平轴风力机的发展也是经过了由低速到高速逐渐发展的阶段。水平轴风力机的风轮围绕一个水平轴旋转，工作时，风轮的旋转平面与风向垂直，如图 2-2 所示。风轮上的叶片是径向安置的，与旋转轴相垂直，并与风轮的旋转平面成一个角度 (安装角)。风轮叶片数目的多少，视风力机的用途而定。用于风力发电的风力机一般叶片数取1-4(大多为 2 片或 3 片)，而用于风力提水的风力机一般取叶片数 12-24。叶片数多的风力机通常称为低速风力机，它在低速运行时，有较高的风能利用系数和较大的转矩。它的起动力矩大，起动风速低，因而适用于提水。叶片数少的风力机通常称为高速风力机，它在高速运行时有较高的风能利用系数，但起动风速较高。由于其叶片数很少，在输出同样功率的条件下比低速风轮要轻得多，因此适用于发电。

图 2-3 大型水平轴风力机结构图Fig.2-3 Structure of horizontal axis wind turbine2.2 风力机翼型结构与动力学特性.2.1 翼型几何参数翼型的气动性能直接与翼型外形有关。图 2-4 所示的在风轮半径为 r 处取一宽度 dr 的叶素。通常，翼型外形由下列几何参数决定。(1) 翼的前缘 A：翼的前部 A 为圆头；(2) 翼的后缘 B：翼的尾部 B 为尖型；(3) 翼弦 C：翼的前缘 A 与后缘 B 的连线称翼的弦，AB 的长是翼的弦长 C；(4) 中弧线：翼型内切圆圆心的连线为中弧线，对称翼型中弧线与翼弦重合；(5) 翼的上表面 Upper：翼弦上面的弧面；

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本文编号：2784328