葉輪運行時葉片載荷分析

1、葉輪運行時葉片載荷分析1風(fēng)輪氣動載荷分析 （分類（上課）確定載荷，隨機載荷，重力載荷，慣性載荷）（1）垂直葉輪盤面，穩(wěn)定均勻流情況下：根據(jù)葉素一動量理論，葉片單位長度上的力可以表示為葉輪平面外和平面內(nèi)力：平面外力：Fx = C 2 pW2c = 4兀pU2G-af ）afr（65）平面外力：(66)F = C 2 pW2C = 4兀pQU G af )afr2其中:f為葉尖損失因子，n為葉片數(shù)目。x,y的方向如圖3-1定義。圖3-1：葉片負載旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系定義（z從輪轂中心沿葉片軸外指；x下風(fēng)向方向垂直于葉片軸；y垂直與主軸和z軸）葉片平面外力和平面內(nèi)力隨半徑的變化如圖3-2所示，可以看出，平面外

2、力近乎線性增長，這種變化趨勢對任意機組來說都是一樣的。圖3-2:葉片平面外和平面內(nèi)力隨半徑的變化由葉片平面外力和平面內(nèi)力可計算出葉片氣動彎矩負載，它隨半徑的變化如圖3-3所示，隨半徑的增加線性減小。oa4ea io 峰 w ift 為半徑血）圖3-3:葉片氣動彎矩負載隨半徑的變化（2）偏斜氣流下應(yīng)用葉素一動量理論，可以得到如圖3-4的葉根平面外彎矩和平面內(nèi)彎矩變 化，偏航角度+300。葉片方位角的定義為葉尖朝上為葉片00方位，隨著葉片旋轉(zhuǎn)不 斷變化，（正偏航的定義為側(cè)風(fēng)吹向葉輪轉(zhuǎn)盤的方向與葉尖朝上（類似時鐘指向12點)時的葉片運動方向一致。)從圖中兩個風(fēng)速的比較可知，20m/s風(fēng)速時葉片彎矩接

3、近正弦變化，方位角1800時達到最大。10m/s風(fēng)速時葉片平面外彎矩在方位角2400時達到最大。圖3-4：葉根平面外彎矩和平面內(nèi)彎矩，偏航角度+300，隨葉片方位角的變化。軸仰角下為了避免葉片與塔架碰撞，采用主軸與水平方向有一定央角辦法，增加葉尖與 塔架間隙，這種情況下的葉片氣動負載變化類似偏斜氣流下情況。風(fēng)切變由于風(fēng)切變的存在，風(fēng)速隨高度的增加而增加，呈冪指數(shù)變化關(guān)系，葉根彎矩 由于風(fēng)切變隨葉片方位角的變化關(guān)系如圖3-5所示?？梢钥闯鲲L(fēng)速10m/s時，變化呈正弦關(guān)系，15m/s風(fēng)速時由于葉片失速，葉根彎矩幾乎恒定不變。WO-平面外力矩U=10m/S轉(zhuǎn)速 30rpm切變坦數(shù)0.2輪轂局度40m平面內(nèi)力矩平面內(nèi)力矩U=10m/SM E 5012Q 1W 1H0210240270 3D-D 130 3iD角度度）圖3-5:由于風(fēng)切變，葉根彎矩隨葉片方位角的變化關(guān)系（5）塔影效果簡形塔架比衍架式塔架塔影效果更嚴重，氣流在塔架處分離，造成速度損失， 下風(fēng)向型機組尤其嚴重。應(yīng)用葉素一動量理論，得圖3-6，由圖中可以看出，當(dāng)葉 片塔筒間隙等于塔架半徑時，x/D = 1，低風(fēng)速段（風(fēng)速10m/s），葉根平面外彎矩下 降厲害；如果增大間隙x/D = 1.5，會改善一些