潮流能水輪機葉片結(jié)構(gòu)有限元分析及選型研究.pdf

1、潮流能作為一種新型可再生能源，因其具有諸多優(yōu)點受到了世界眾多國家的青睞。葉片是潮流能發(fā)電裝置的重要組成部分，其性能的好壞直接影響著水輪機的工作效率。其中，良好的水動性能是葉片獲得較高能量利用率的前提，良好的結(jié)構(gòu)性能是葉片安全運行的保證。本文是在已給定的葉片翼型的基礎(chǔ)上對100kW潮流能葉片結(jié)構(gòu)進行的設(shè)計選型研究。希望葉片以較小的質(zhì)量滿足強度、剛度、穩(wěn)定性等要求，并能抵抗強潮流的襲擊。
　　本文首先系統(tǒng)地回顧了國內(nèi)外潮流能發(fā)展現(xiàn)狀，

2、在歸納潮流能水輪機葉片和參考風力機葉片結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了100kW級水平軸潮流能水輪機葉片的3種結(jié)構(gòu)形式，即，全金屬葉片、全復合材料葉片、金屬框架+復合材料蒙皮葉片。考慮到不同材料特性，又設(shè)計了不同的內(nèi)部框架結(jié)構(gòu)形式，包括骨架式全金屬葉片、腹板式和箱型梁式全復合材料葉片、腹板骨架式、工字梁骨架式、箱型梁骨架式的金屬框架+復合材料蒙皮葉片。為使材料充分發(fā)揮作用，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中提出了沿葉片展向進行分區(qū)、變厚度梯度設(shè)計概念。應用有限元軟件AN

3、SYS Workbench對以上葉片的不同結(jié)構(gòu)形式進行了計算，對比分析了各種參數(shù)對結(jié)構(gòu)力學性能的影響，最終比選出箱型梁骨架式的金屬框架+復合材料蒙皮葉片結(jié)構(gòu)形式更為安全、合理。為避免葉片發(fā)生共振并保證葉片局部及整體的穩(wěn)定性，對選型葉片進行了動力特性分析。模態(tài)分析表明：葉片在低頻率下的振型主要為揮舞和擺振，且其固有頻率避開了葉片工作時的激勵頻率，葉片不會發(fā)生共振破壞。屈曲分析表明：葉片所受載荷小于葉片的臨界載荷，葉片不會發(fā)生屈曲失穩(wěn)。該選