風(fēng)電葉片設(shè)計(jì)流程

1、葉片設(shè)計(jì)流程空氣動(dòng)力設(shè)計(jì)1 ? 確定風(fēng)輪的幾何和空氣動(dòng)力設(shè)計(jì)參數(shù)2. 選擇翼型3. 確定葉片的最佳形狀4. 計(jì)算風(fēng)輪葉片的功率特性5. 如果需要可以對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改并重復(fù)步驟 4, 以找到制造工藝約束下的最佳風(fēng)輪設(shè)計(jì)。6. 計(jì)算在所有可遇尖速比下的風(fēng)輪特性對(duì)于每個(gè)尖速比可采用上面步驟 4 所述的方法，確定每個(gè)葉素的空氣動(dòng)力狀態(tài)，由此確定 整個(gè)風(fēng)輪的性能。7. 風(fēng)力機(jī)葉片三維效應(yīng)分析&9.10.非定?？諝鈩?dòng)力現(xiàn)象風(fēng)力機(jī)葉片的動(dòng)態(tài)失速葉片動(dòng)態(tài)入流?風(fēng)機(jī)載荷計(jì)算作為風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)和認(rèn)證的重要依據(jù)， 用于風(fēng)力機(jī)的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度分析。國(guó)際電工協(xié)會(huì)制定的 IEC61400-1 標(biāo)準(zhǔn) 德國(guó)船級(jí)社制定的 GL 規(guī)

2、范和丹麥制定的 DS 472 標(biāo)準(zhǔn)等對(duì)風(fēng)力機(jī)的載荷進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。2.12.2IEC61400-1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的載荷情況風(fēng)機(jī)載荷計(jì)算1 計(jì)算模型1) 風(fēng)模型(1) 正常風(fēng)模型(2) 極端風(fēng)模型(3) 三維湍流模型2) 風(fēng)機(jī)模型風(fēng)機(jī)模型包括幾何模型、空氣動(dòng)力學(xué)模型、傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型、控制系統(tǒng)閉環(huán)模型和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控模型等。2 風(fēng)力機(jī)載荷特性1) 葉片上的載荷(1) 空氣動(dòng)力載荷包括擺振方向的剪力 Qyb 和彎矩 Mxb 、揮舞方向的剪力 Qb 和彎矩Mjb 以及與變漿距力矩平衡的葉片俯仰力矩 Mb 。可根據(jù)葉片空氣動(dòng)力設(shè)計(jì) 步驟 4 中求 得的葉素上法向力系數(shù) Cn 和切向力系數(shù)吐 , 通過(guò)積分

3、求出 作用在葉片上的空氣動(dòng)力 載荷。(2) 重力載荷作用在葉片上的重力載荷對(duì)葉片產(chǎn)生的擺振方向彎矩， 隨葉片方位角的變化呈周期變化，是葉片的主要疲勞載荷。(3) 慣性載荷(4) 操縱載荷2 )輪轂上的載荷3) 主軸上的載荷4) 機(jī)艙上的載荷5) 偏航系統(tǒng)上的載荷6) 塔架上的載荷三?風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)彈性當(dāng)風(fēng)力機(jī)在自然風(fēng)條件下運(yùn)行時(shí)，作用在風(fēng)力機(jī)上的空氣動(dòng)力 慣性力和 彈性力等交變載荷會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形和振動(dòng)，影響風(fēng)力機(jī)的正常運(yùn)行甚至導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)損 壞。因此，在風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)中必須考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性和在外載作用下的動(dòng)力響應(yīng)，主要有 風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)彈性穩(wěn)定性和動(dòng)力響應(yīng)風(fēng)力機(jī)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)風(fēng)力機(jī)控制系統(tǒng) (包 括

4、偏航系統(tǒng)和變漿距系統(tǒng)等)的穩(wěn)定性和動(dòng)力響應(yīng)風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)的振動(dòng)。3. 1 風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)彈性現(xiàn)象1. 風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)彈性穩(wěn)定性問(wèn)題2? 風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)振動(dòng)和穩(wěn)定性問(wèn)題3. 2 風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)彈性分析目的是保證風(fēng)力機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中不出現(xiàn)氣動(dòng)彈性不穩(wěn)定。主要的方法是特征值法和能量法。特征值法是在求解彈性力學(xué)的基本方程中，考慮作用在風(fēng)力機(jī)葉片上的非定常空氣動(dòng)力，建立離散的描述風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)彈性的微分方程。采用 Floquet 理論求解，最后穩(wěn)定性判別歸結(jié)為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的特征值 1. 風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)彈性模型1) 結(jié)構(gòu)模型運(yùn)動(dòng)計(jì)算。2) 空氣動(dòng)力模型2. 風(fēng)力機(jī)動(dòng)力學(xué)方程風(fēng)力機(jī)動(dòng)力學(xué)方程建立時(shí)，將風(fēng)力機(jī)分為葉片 機(jī)艙和塔架二

5、部分進(jìn)行建模。由于風(fēng)力機(jī)運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，可在非慣性坐標(biāo)系中建立風(fēng)力機(jī)動(dòng)力 學(xué)方 程。3 . 風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)彈性動(dòng)力響應(yīng)分析4. 風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)彈性穩(wěn)疋性分析風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)彈性穩(wěn)定性分析是在求解穩(wěn)態(tài)動(dòng)力響應(yīng)之后進(jìn)行的，假設(shè)系統(tǒng)相對(duì)于穩(wěn)態(tài)動(dòng)力響應(yīng)解具有小擾動(dòng)。系統(tǒng)初始攝動(dòng)時(shí)間為零，并假設(shè)系統(tǒng)在彈性性力和空氣動(dòng)力載荷的相互作用下自由運(yùn)動(dòng)。因此，可以將風(fēng)輪 / 機(jī)艙/ 塔架耦合系統(tǒng)程的解表示為穩(wěn)態(tài)解和增量解。四 . 風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力試驗(yàn)作為風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)和研究的重要環(huán)節(jié)，除在風(fēng)洞中進(jìn)行試驗(yàn)外， 在風(fēng)電場(chǎng)中進(jìn)行試驗(yàn)。4. 1 風(fēng)洞試驗(yàn)1? 風(fēng)洞試驗(yàn)要求1) 流場(chǎng)模擬2) 模型模擬并力慣動(dòng)力學(xué)方還可以風(fēng)機(jī)模型風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)，風(fēng)力機(jī)風(fēng)

6、輪模型要求滿足下列相似準(zhǔn)則。幾何相似2- 運(yùn)動(dòng)相似3- 動(dòng)力相似2. 風(fēng)洞試驗(yàn)項(xiàng)目 風(fēng)機(jī)風(fēng)輪性能試驗(yàn)?zāi)康氖菧y(cè)量風(fēng)輪功率系數(shù)、風(fēng)輪軸向力 (推力)系數(shù)和風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)隨風(fēng)輪葉 尖速比的變化曲線。在不同風(fēng)速和不同偏航角下測(cè)出風(fēng) 輪轉(zhuǎn)矩 M 風(fēng)輪軸向力(推力) T 和風(fēng)輪轉(zhuǎn)速 n 后，就能得到風(fēng)力機(jī) 風(fēng)輪的功率特性、軸向力特性和 轉(zhuǎn)矩特性。風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩 M 和風(fēng)輪軸向力(推力) T 可以用測(cè)力傳感器或應(yīng)變天平進(jìn)行測(cè)量，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速可以用測(cè)速儀或測(cè)速傳感器進(jìn)行測(cè)量。風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)，為了得到準(zhǔn)確的結(jié)果，要對(duì)風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行洞壁干擾修正，主阻塞效應(yīng)的修正?？梢圆捎帽趬盒畔⒕仃嚪ā?風(fēng)機(jī)風(fēng)輪載荷試驗(yàn)?zāi)康闹饕菧y(cè)量葉片根部

7、處揮舞方向和擺振方向的彎矩以及作用在風(fēng)輪上的空n要是氣動(dòng)力和力矩。葉片根部彎矩可以用一臺(tái)位于葉片和輪轂之間的二分量應(yīng)變天 平進(jìn)行測(cè)量；葉片根部彎矩隨葉片方位角變化，還要用角度傳感器同步測(cè)量葉 片的方位角。風(fēng)輪上的空氣動(dòng)力和力矩可以用一臺(tái)位于風(fēng)輪模型底座和塔架之 間的六分量應(yīng)變天平進(jìn)行測(cè)量。風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)要進(jìn)行如下的處理和修正：(1) 風(fēng)洞試驗(yàn)前后，對(duì)天平信號(hào)的零漂進(jìn)行測(cè)量和修正。(2) 風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)，在每個(gè)轉(zhuǎn)速下采集風(fēng)輪旋轉(zhuǎn) 5 轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理。(3) 六分量應(yīng)變天平測(cè)量的數(shù)據(jù)要轉(zhuǎn)換到風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)中心為原點(diǎn)的體軸坐標(biāo)(4) 對(duì)測(cè)力數(shù)據(jù)要進(jìn)行洞壁干擾修正，修正方法一般可以采用“壁壓信息矩O 風(fēng)力機(jī)

8、葉片壓力分布試驗(yàn)?zāi)康氖菧y(cè)量葉片不同剖面處的向壓力分布，并將壓力分布數(shù)據(jù)換算成葉片徑向陣法”載荷分布 風(fēng)輪軸向力 (推力)系數(shù)和風(fēng)輪功率系數(shù)等。葉片上測(cè)壓點(diǎn)所感受 的壓力可以用安裝在風(fēng)輪整流罩內(nèi)，與輪轂連 在一起的壓力掃描閥裝置測(cè)量。試驗(yàn)時(shí)，用 安裝在整流罩上的總壓管所感受的來(lái)流總選用(包括 壓力傳感器 )進(jìn)行壓作為參考?jí)毫Γ?并2s 時(shí)間使壓力穩(wěn)定，然后再對(duì)每個(gè)測(cè)壓孔采集風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)三周的數(shù)據(jù)，進(jìn)行平均理。由于離心力對(duì)壓力管內(nèi)氣體的作用，使葉片上的壓力與安裝在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸上的器所感受的壓力之間有一定的差別，要進(jìn)行離心力效應(yīng)修正。 風(fēng)力機(jī)葉片流動(dòng)顯示試驗(yàn)(1) 葉片表面流動(dòng)顯示試驗(yàn)?zāi)康闹饕怯^察葉片表

9、面的流動(dòng)分離現(xiàn)象，還可以觀察到葉片上的三維流動(dòng)處傳感和非定常流動(dòng)現(xiàn)象等。表面流動(dòng)顯示的方法一般采用絲線法，通常沿葉片展向 等距離布置20-30 排絲線，每一排沿弦向等間距布置 10 個(gè)絲線點(diǎn)。試驗(yàn)時(shí)，為拍攝流動(dòng)圖象，將攝像機(jī)固定在風(fēng)輪傳動(dòng)軸上，將聚光燈安裝在風(fēng)輪漿轂上。葉片表面流動(dòng)隨葉片方位角變化而變化，還要用角度靜止葉片模型試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)絲線沿弦向不排列成行時(shí)，則可以判斷流動(dòng)是否發(fā)離；在旋轉(zhuǎn)葉片模型試驗(yàn)時(shí)，判據(jù)將包括一個(gè)估計(jì)絲線與弦線之間允許的準(zhǔn)則。(2) 葉片空間流動(dòng)顯示試驗(yàn)?zāi)康闹饕怯^察葉片尖部的旋渦運(yùn)動(dòng)，一般采用煙流法。生了分的最大傾角 風(fēng)力機(jī)尾流效應(yīng)試驗(yàn) 風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)彈性穩(wěn)定性試驗(yàn) 風(fēng)力機(jī)控制特性試驗(yàn)5. 2 風(fēng)場(chǎng)試驗(yàn)風(fēng)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，用風(fēng)力機(jī)實(shí)物在自然風(fēng)況和帶負(fù)荷的情況下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量， 模擬真實(shí)。一般，風(fēng)場(chǎng)試驗(yàn)的場(chǎng)地選擇在空曠開(kāi)闊 地形比較平坦 風(fēng)速風(fēng)向比較穩(wěn) 定的地區(qū)，避免周圍地形和障礙物的影響。風(fēng)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，風(fēng)力機(jī)的空氣動(dòng)力特性受外 界環(huán)境的影響很大，進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以測(cè)量到能真實(shí)反映風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力特性的數(shù)據(jù)。從風(fēng)力機(jī)認(rèn)證的角度，風(fēng)力機(jī)風(fēng)場(chǎng)試驗(yàn)的項(xiàng)目包括：氣象參數(shù)測(cè)量能品質(zhì)試驗(yàn)、功率特性試