垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).pdf

1、能源危機(jī)的日益嚴(yán)重促進(jìn)了新能源的發(fā)展,風(fēng)能成為廣受矚目的新能源之一。近年來(lái)垂直軸風(fēng)力機(jī)開(kāi)始引起關(guān)注,當(dāng)下還沒(méi)有成熟的大功率機(jī)型得到廣泛的應(yīng)用。葉片是風(fēng)力機(jī)的關(guān)鍵部件之一,其良好的氣動(dòng)性能是風(fēng)機(jī)獲得較高風(fēng)能利用率的保證;其良好的結(jié)構(gòu)性能是風(fēng)機(jī)能夠安全正常運(yùn)行的保證,同時(shí)也能最大限度的降低葉片生產(chǎn)的成本。本文在葉片具有較好氣動(dòng)性能的基礎(chǔ)上重點(diǎn)研究了葉片的結(jié)構(gòu)性能。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　首先應(yīng)用動(dòng)量-葉素理論中的雙盤(pán)多流管模型計(jì)算分析

2、了相同雷諾數(shù)情況下多種應(yīng)用較廣泛的翼型。主要研究了各翼型風(fēng)能利用系數(shù)與尖速比之間的關(guān)系,由此篩選出了較適合本文設(shè)計(jì)目標(biāo)的翼型,并確定了用來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證葉片性能的風(fēng)輪結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　然后以篩選出的翼型作為葉片的外形輪廓,本文設(shè)計(jì)了新的葉片結(jié)構(gòu),葉片的結(jié)構(gòu)形式為蒙皮框架結(jié)構(gòu)。葉片內(nèi)部的框架結(jié)構(gòu)為主要受力構(gòu)件,葉片外部的蒙皮提供光滑氣動(dòng)外形以及迎風(fēng)面,內(nèi)部框架支撐蒙皮,保證蒙皮的氣動(dòng)外形。本文基于通用有限元軟件ABAQUS重點(diǎn)對(duì)

3、葉片框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)、驗(yàn)算以及優(yōu)化。使其達(dá)到葉片質(zhì)量、各極限荷載工況下葉片最大位移和最大應(yīng)力均較小的優(yōu)化目標(biāo)。并與其它幾種常用葉片結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比計(jì)算分析,顯示出了本文設(shè)計(jì)的葉片結(jié)構(gòu)較優(yōu)良的力學(xué)特性。
　　最后為模擬葉片真實(shí)的工作情況,研究其動(dòng)力特性,本文設(shè)計(jì)了功率為1MW風(fēng)輪結(jié)構(gòu)。研究了各極限工況下風(fēng)輪的力學(xué)性能,并重點(diǎn)關(guān)注了葉片變形和應(yīng)力分布,結(jié)果表明葉片動(dòng)力響應(yīng)滿足規(guī)范要求。由于直葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),葉片工作時(shí)和風(fēng)