3风力发电机叶片的关键技术及难点

叶片是风力发电机中的关键部件之一，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。因此，叶片的设计和制造质量水平十分重要，被视为风力发电系统的关键技术和技术水平代表。有关风力发电机叶片的关键技术主要包括叶片的设计理论、结构形式、材料选择和翼型的选择等方面。其中，叶片的翼型设计和结构形式直接影响风力发电装置的性能和功率，是其中最核心的部分。叶片的设计包括气动外型设计、几何参数、铺层设计、叶片载荷确定、叶片的主体结构确定、叶片根部连接结构计算确定、动力学设计、功率调节方式、防雷击设计等，是集空气动力学、弹性力学、复合材料结构、电气等学科于一体的综合型技术。叶片的设计要求有高效的接受风能的翼型，合理的安装角，科学的升阻比、尖速比和叶片扭角。由于叶片直接迎风获得风能，所以还要求叶片具有合理的结构、优质的材料和先进的工艺以使叶片可靠地承担风力、叶片自重、离心力等给予叶片的各种弯矩、拉力，而且还要要求叶片重量轻、结构强度高、疲劳强度高、运行安全可靠、易于安装、维修方便、制造容易、制造成本和使用成本低。另外叶片表面要光滑以减少叶片转动时与空气的摩擦阻力.。所以。叶片的设计制造难度很高，要充分考虑其气动、结构、重量、材质、工艺等关键因素。在欧洲专门的叶片设计公司如AERODYN、CTC等均使用大约十余种软件组成的系统进行综合设计，以便叶片能够实现低成本、高效率、优良的结构特性和工艺性。

4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。

1）在已有气动设计数据的基础上,对某风力机叶片进行了详细的结构设计,包括载荷的计算、材料的选用、结构形式的确、铺层设计等；

2）探讨叶片3D模型的建立方法，利用各截面翼型数据,借助参数化设计软件实现几何模型的建立，复合材料铺层的模拟；风力机叶片几何模型的生成：根据传统的风力机叶片设计理论进行MW级风力机叶片设计并建立叶片的三维几何型。

3）在对叶片进行前处理的基础上,本文将根据空气运动学理论对叶片的强度、刚度、和稳定性进行初步分析，校核其是否满足设计要求；

4）叶片的动力学分析"本文基于气动弹性理论,通过动力学基本方程的建立,利用三维设计软件对叶片进行数学建模分析，可以很容易得到叶片的多阶固有频率和振型,结合叶片断裂的问题分析,为叶片的结构设计提供了参考依据。对叶片进行动力学分析，分析叶片的各阶振动频率和振型，为防止结构共振提供了依据。

在这种大趋势的推动下，很多企业都开始在风力发电领域进行投资，生产整机或者风力机组件。在国内大型风力机设计与生产技术并不成熟的情况下必须从国外引进技术，利用国外资源发展本国的风力发电行业。由于风力机设计与风场当地的气候条件有很大关系，因此在引进国外风力发电技术时必须本土化，设计生产出适合我国的当地气候的风力发电机。在进行风力机本土化的过程中，风力机叶片以及塔架是重要的改进部件，必须根据当地气候情况对叶片做各种分析，然后进行改进。