風(fēng)力機(jī)葉片的設(shè)計(jì)及其性能研究.pdf

1、葉片是風(fēng)力機(jī)最重要的部件之一,設(shè)計(jì)良好的葉片是風(fēng)力機(jī)獲得較高風(fēng)能利用系數(shù)和較大經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)。本文應(yīng)用Wilson理論設(shè)計(jì)了100W水平軸風(fēng)力機(jī)葉片,加工后分析了該風(fēng)輪的氣動(dòng)性能和振動(dòng)性能。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的風(fēng)力機(jī)在低風(fēng)速時(shí)基本能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的風(fēng)能利用系數(shù)。并使得風(fēng)力機(jī)在運(yùn)行時(shí)其轉(zhuǎn)速避開(kāi)共振區(qū),延長(zhǎng)了風(fēng)輪壽命,從而降低了設(shè)計(jì)成本。在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),發(fā)現(xiàn)葉片的弦長(zhǎng)呈非線(xiàn)性變化關(guān)系,這是由于沒(méi)有考慮各個(gè)設(shè)計(jì)截面之間的約束,所以設(shè)計(jì)的葉片扭曲嚴(yán)重

2、;難以加工,需要人為修正,而修正一定帶來(lái)性能誤差。在不太影響葉片性能的前提下使得葉片的弦長(zhǎng)的變化趨勢(shì)呈線(xiàn)性。同時(shí)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(duì)葉片的質(zhì)量進(jìn)行分布。在設(shè)計(jì)時(shí)有以下兩點(diǎn)改進(jìn):1.由于一階揮舞振動(dòng)是引起葉根斷裂的主要原因,而對(duì)于小型風(fēng)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(shè)計(jì)將風(fēng)輪的根部設(shè)計(jì)成圓盤(pán)形,這樣風(fēng)輪

3、在適當(dāng)減少根部質(zhì)量的前提下也能夠達(dá)到剛度的要求,從而有利于氣動(dòng)特性和振動(dòng)特性。2.盡量在國(guó)標(biāo)允許設(shè)計(jì)范圍內(nèi)將葉片的尺寸減小,這樣能夠提高葉片的振動(dòng)性能,但其氣動(dòng)特性將有所減小。將修正后的設(shè)計(jì)結(jié)果經(jīng)加工后,進(jìn)行氣動(dòng)性能和振動(dòng)性能實(shí)驗(yàn)。本文采用實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法對(duì)單葉片和三葉片風(fēng)輪進(jìn)行模態(tài)分析。結(jié)果表明:單葉片以揮舞振動(dòng)為主,扭振不太明顯;三葉片風(fēng)輪具有一階對(duì)稱(chēng)(反對(duì)稱(chēng))、二階對(duì)稱(chēng)(反對(duì)稱(chēng))振型,而且反對(duì)稱(chēng)比較低。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)單個(gè)葉片模態(tài)振型和