直立式风力发电机的叶片结构设计+CAD图纸(2)
时间:2017-03-27 20:12 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
（3）按风力机风轮在正常工作状态下的转速来划分，可分为高速风力机和低速风力机类。在一般情况下，风力机风轮的叶尖速比λ大于3的，属于高速风力机；而叶尖速比小于3的，则属于低速风力机。 （4）按风力机风轮上叶片数目多少来划分，可分为多叶风力机及少叶片。 （5）按风力机叶片的工作原理来划分，可分为升力型风力机和阻力型风力机。 （6）按叶片升力翼型的形状来划分，可分为螺旋桨式和达里厄式风力机两类。 1.4发电机种类 用于风力发电的发电机，一般可分为直流发电机和交流发电机两类。其中，交流发电机又可分为同步交流发电机和异步交流发电机2种。如果把风力机和发电机作为一个整体系统来考虑，可以把风力发电机组分为恒速恒频、近恒速恒频、变速变频和变速恒频4种系统。 3 本课题研究的方向与待解决的问题 叶轮是风力发电机最主要的部件，它由叶片和轮毂组成。叶片应具有良好的空气动力外形，在气流作用下能将风能转换成机械能，再通过齿轮箱增速，驱动发电机发电。叶片气动特性的优劣是风力发电机运行的关键，其设计需要花费大量的时间和精力，却很难得到最佳的设计方案。 3.1叶片的结构设计 叶片的设计主要考虑荷载规范、荷载计算、极限强度及疲劳强度验算，变形计算，固有频率计算和屈曲稳定计算。 3.1.1 设计载荷工况及强度校核 作用在叶片上的载荷可简化为三种：气动型、离心型和重力。叶片可简化为悬臂梁。有分布气动力、离心力、重力则可计算出分布弯矩、剪力、扭矩。根据薄壁结构理论则可求出剖面正应力和剪应力。载荷工况要考虑正常设计工况和正常外部条件，正常设计工况和极端外部条件，故障设计工况和允许的外部条件，运输安装和文修设计工况等组合情况。对每种荷载工况要区分极限荷载与疲劳荷载。对已极限荷载，至少要计算50年一遇的极端风速，风速在50~65m/s，要求叶片在极限载荷下满足强度、变形、稳定条件。高风速时的飞车次数也不会多，极端荷载可作为一次性的短期荷载处理。【15】 强度校核有两项：疲劳强度及破坏强度。疲劳强度分析可采用有限和无限寿命方法。叶片的疲劳荷载较复杂，规范提供了简化疲劳荷载谱。根据叶片材料的S-N曲线，应用Palmgren-miner线性累积损伤准则进行叶片的疲劳强度计算公式中：前者要知道叶片的荷载谱、材料的S-N曲线，应用Palmgren-miner线性累积损伤法则就可得结构疲劳强度判据：【15】 Ni为应力水平为σ 时工作循环数，N 为相应的材料破坏循环数。无限寿命是较简单的疲劳分析方法。此方法要求结构的疲劳载荷小于材料的疲劳极限。可采用条件疲劳极限概念，根据叶片使用寿命定义某一次数作为交变基数，对应于该交变次数的材料疲劳强度定义为条件疲劳极限。 3.2 屈曲分析 大型风力机叶片采用空腔结构形式，在弯曲气动荷载作用下叶片局部受压区域由于刚度下降而发生突然损坏，称为屈曲失稳现象。叶片后缘空腔较宽，易发生失稳。 屈曲分析可采用近似方法。可近似应用曲板的轴压稳定公式于O型、D型等主梁结构或空腹壳体： [15] （2） 式中， 为面板模量，D为弯曲刚度，H为拉伸刚度，K是由办的长宽比和弯曲、剪切刚度决定的常数。临界应力计算受计算方法、材料性能、制造工艺等因素影响，与实际临界应力值有较大的误差，故需要有较大的安全系数。 (责任编辑：qin) |