風力機葉片的設計及其性能研究.pdf

1、葉片是風力機最重要的部件之一,設計良好的葉片是風力機獲得較高風能利用系數(shù)和較大經(jīng)濟效益的基礎。本文應用Wilson理論設計了100W水平軸風力機葉片,加工后分析了該風輪的氣動性能和振動性能。經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)所設計的風力機在低風速時基本能夠達到設計的風能利用系數(shù)。并使得風力機在運行時其轉(zhuǎn)速避開共振區(qū),延長了風輪壽命,從而降低了設計成本。在設計計算時,發(fā)現(xiàn)葉片的弦長呈非線性變化關系,這是由于沒有考慮各個設計截面之間的約束,所以設計的葉片扭曲嚴重

2、;難以加工,需要人為修正,而修正一定帶來性能誤差。在不太影響葉片性能的前提下使得葉片的弦長的變化趨勢呈線性。同時根據(jù)公式f=(2π)1K0.5×m0.5可知,葉片的固有頻率比較低,在葉片的工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),容易引起共振。所以要對葉片的質(zhì)量進行分布。在設計時有以下兩點改進:1.由于一階揮舞振動是引起葉根斷裂的主要原因,而對于小型風輪的質(zhì)量大部分都集中在葉根部分,又減少質(zhì)量能夠提高葉輪的固有頻率,所以本次設計將風輪的根部設計成圓盤形,這樣風輪

3、在適當減少根部質(zhì)量的前提下也能夠達到剛度的要求,從而有利于氣動特性和振動特性。2.盡量在國標允許設計范圍內(nèi)將葉片的尺寸減小,這樣能夠提高葉片的振動性能,但其氣動特性將有所減小。將修正后的設計結果經(jīng)加工后,進行氣動性能和振動性能實驗。本文采用實驗模態(tài)分析方法對單葉片和三葉片風輪進行模態(tài)分析。結果表明:單葉片以揮舞振動為主,扭振不太明顯;三葉片風輪具有一階對稱(反對稱)、二階對稱(反對稱)振型,而且反對稱比較低。同時還發(fā)現(xiàn)單個葉片模態(tài)振型和