畢業(yè)設計（論文）ddl型葉片結構與工藝設計

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　題目： DDL型葉片結構與工藝設計 </p><p>　　DDL型葉片結構設計 </p><p>　　信機 系 機械工程及自動化 專業(yè)</p><p>　　無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文）</p><p

2、><b>　　誠 信 承 諾 書</b></p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） DDL型葉片結構與工藝設計—DDL型葉片結構設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。</p><p><b

3、>　　無錫太湖學院</b></p><p>　　信 機　系 　機械工程及自動化 　專業(yè)</p><p>　　畢 業(yè) 設 計論 文 任 務 書</p><p><b>　　一、題目及專題：</b></p><p>　　1、題目　DDL型葉片結構與工藝設計—DDL型葉片結構設計 </p>

4、<p>　　2、專題　 　</p><p>　　二、課題來源及選題依據(jù)</p><p>　　近年來，能源危機越來越引起人們的重視，能源短缺使得可再生能源得到空前發(fā)展，風能作為取之不盡用之不竭的可再生能源在近幾年得到了空前發(fā)展，世界上不少國家都把開發(fā)風能作為一項能源政策。我國作為能源消費大國

5、，近年來因為政府的支持風電行業(yè)得到迅速發(fā)展，但我國的風電技術與風電發(fā)達國家比差距甚大，大功率的風電設備技術基本依賴進口，作為風電機組關鍵部件之一的葉片也是如此，葉片結構設計的好壞直接影響到風能轉(zhuǎn)換的效率。 </p><p>　　三、本設計（論文或其他）應達到的要求：</p><p>　　① 了解國內(nèi)外風力發(fā)展現(xiàn)狀及葉片制造技術發(fā)展； ② 了

6、解葉片空氣動力學受力特點及一系列的載荷分析 </p><p>　?、?熟練掌握制造葉片的各種材料的特性和優(yōu)異 </p><p>　　④ 了解葉片與輪轂之間的各種配合關系 </p><p><b>　　四、接受任務學生：</b></p>

7、;<p>　　機械94 班 　　姓名 邵亦飛 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　當今世界，風力發(fā)電已成為新能源主題之一。與此同時，風力發(fā)電機葉片的發(fā)展也十分迅速。其良好的設計、可靠的質(zhì)量和優(yōu)越的性能是保證風力發(fā)電機組正常穩(wěn)定運行的決定因素。葉片的翼型設計、結構形式直接影響風力發(fā)電裝置的性能和功率。葉片是風力發(fā)電機

8、中最核心的部分，是風力發(fā)電機中葉輪的最基礎和最關鍵的部件，所以葉片設計的好壞，決定了風力發(fā)電機的優(yōu)劣。葉片也是受力最為復雜的部件。設計良好的葉片是風力機獲得較高風能利用系數(shù)和較大經(jīng)濟效益的基礎。葉片作為接收風能的主要部件,在整個風電設備系統(tǒng)中的地位尤顯重要,要求其具有合理的翼型設計。優(yōu)質(zhì)的材料和先進的工藝,其設計!制造和性能成為了重點研究和大力發(fā)展的目標"目前對于葉片的研究集中在翼型、結構、材料和工藝制造方面。</p&g

9、t;<p>　　關鍵詞：葉片的發(fā)展；葉片結構設計</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In today's world,wind power has become one of the.new energy。 theme. At the same time， the development of wind t

10、urbine blade is also very quickly. The good design， reliable quality and superior performance is to ensure that the determinants of the normal and stable operation of wind turbines. Airfoil design， blade structure direct

11、ly affect the performance and power of wind power generation device. The blade is the core part of the wind generator， is the most basic impeller in wind power generato</p><p>　　Key words：Blade；blade design&

12、lt;/p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要V</b></p><p>　　AbstractVI</p><p><b>　　目 錄VII</b></p><p><b>　　1 緒論1</

13、b></p><p>　　1.1課題來源與背景1</p><p>　　1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀及前景1</p><p>　　1.2.1 國外風機葉片情況1</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)風機葉片情況2</p><p>　　2 葉片的研究與設計3</p><p>　　2.1 風力機典

14、型結構3</p><p>　　2.2葉片載荷分析4</p><p>　　2.2.1載荷分類4</p><p>　　2.2.2載荷計算的坐標系4</p><p>　　2.2.3氣動載荷（記作s）6</p><p>　　2.2.4重力載荷（記作u）7</p><p>　　2.2.5離心力

15、載荷（記作v）8</p><p>　　2.3使用載荷和設計載荷8</p><p>　　2.4葉片材料的選擇9</p><p>　　3 葉片的結構設計12</p><p>　　3.1 葉片剖面結構形式設計12</p><p>　　3.2葉片鋪層設計14</p><p>　　3.2.1鋪

16、層設計原則14</p><p>　　3.2.2鋪層設計過程15</p><p>　　3.3葉片強度和變形設計15</p><p>　　3.3.1葉片的應力計算15</p><p>　　3.3.2葉片的變形計算16</p><p>　　3.4 葉片根端連接設計17</p><p>　　

17、3.5葉片頻率的計算18</p><p>　　3.6葉片結構設計算例19</p><p>　　3.6.1葉片氣動外形參數(shù)19</p><p>　　3.6.2葉片材料選擇20</p><p>　　3.6.3葉片結構形式20</p><p>　　4 葉片結構介紹23</p><p>　　

18、4.1 葉身的設計23</p><p>　　4.2 葉根的設計23</p><p>　　4.3 葉片剖面的形狀24</p><p>　　4.4 葉根與輪槽配合圖24</p><p>　　5 結論與展望26</p><p><b>　　5.1結論26</b></p><

19、;p><b>　　5.2 展望26</b></p><p><b>　　致謝27</b></p><p><b>　　參考文獻28</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1課題來源與背景</p>

20、;<p>　　發(fā)展可再生能源是當前世界一個共同的趨勢，可再生能源是對氣候變化和解決世界能源問題的重要技術手段。風力發(fā)電是一項新興產(chǎn)業(yè)，盡管當前與常規(guī)火電相比有產(chǎn)業(yè)規(guī)模小，一次性投資大等不利因素，但風力發(fā)電對改善環(huán)境，減少污染物排放，優(yōu)化資源配置，優(yōu)化電力結構有著不可估量的作用。從長遠利益出發(fā)是保證可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略措施。在中國的新能源開發(fā)利用中，風力發(fā)電最具規(guī)模化開發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景，會成為將來中國一大業(yè)。

21、 </p><p>　　風電是世界上增長最快的能源，裝機容量每年增長超過30%。到2003年初，全球風力發(fā)電裝機容量達到3200萬千瓦，亦即其總量己經(jīng)相當于32座標準的核電站，足以供應1600萬歐洲普通家庭或4000萬歐洲居民的電力需求。2005年2月旨在限制發(fā)達國家溫室氣體排放量以抑制全球變暖的5京都議定書6[21也己正式生效，這對風電行業(yè)的發(fā)展無疑會帶來十分積極的影響。我國的風力發(fā)電機組的制造

22、進步較快，國產(chǎn)風機中某公司己經(jīng)形成了600千瓦、750千瓦、1.2兆瓦系列化產(chǎn)品，技術水平均達到國內(nèi)領先水平，所有機組均獲得德國勞埃德認證，機組最高國產(chǎn)化率超過90%，其中1.2兆瓦機組技術水平達到國際領先水平。</p><p>　　近年來，工程設計師們都傾向于把結構材料利用到極限，使得各種結構越來越輕巧，以增加有效載荷，從而獲得更大的經(jīng)濟效益。但這樣一來，結構的撓性就增大，氣流誘發(fā)的結構振動就嚴重了。隨著科學技

23、術的普遍發(fā)展，飛行器的速度及其動力機械部件運轉(zhuǎn)的速度越來越快，地面建筑結構越來越高，橋梁跨度也越來越大，風力發(fā)電機組葉片越來越長，在空氣動力作用下這些薄壁件都是很好的彈性體，極易變形而出現(xiàn)顫振。即結構與氣流藕合振動問題的嚴重性在不斷增長。</p><p>　　從國內(nèi)外風機的應用實際來看，由于設計中對動力學問題研究不夠，造成風機不能正常運行，甚至失效和毀損的例子屢見不鮮。從我國內(nèi)蒙、江蘇等地風機的使用情況看，有許多

24、未經(jīng)嚴格氣動計算和動力學分析的風機，在運行中發(fā)生損毀的例子，有些樣機在試運行期間問題就層出不窮，還沒有投產(chǎn)就被迫中途停產(chǎn)，這些問題不解決，不但會造成巨大的經(jīng)濟損失，而且嚴重影響了風機的推廣和應用。</p><p>　　我國的制造水平和發(fā)達國家還有一定的差距，由于前期的基礎研究跟不上，其中有很多沒經(jīng)過氣動試驗的葉片也在運行，葉片斷裂時有發(fā)生，這些都嚴重阻礙了風力發(fā)電技術的進一步發(fā)展，所以要進行葉片的結構設計，使葉片

25、本身具有很好的剛度和強度。</p><p>　　1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀及前景</p><p>　　1.2.1 國外風機葉片情況</p><p>　　在風力發(fā)電機組中，復合材料部件主要有：葉片，機艙罩，導流罩等，其中用量最大的就是葉片。風機葉片具有尺寸大，外形復雜，精度要求高，對強度和剛度要求高，表面粗糙度要求高，要求質(zhì)量分布均勻性好等特點。是整個風機的最核心部分，占整個風

26、電機組成本的1/4到1/3。國外葉片研制向大型化，低成本、高性能、輕量化發(fā)展，丹麥某公司現(xiàn)己開發(fā)54m的全玻纖葉片，其單位KW小時成本很低，同時開發(fā)橫梁和端部使用少量碳纖維的61m大型葉片，以開發(fā)SMW風機。德國某公司則開發(fā)56m長的碳纖維葉片，他們認為當葉片尺寸大到一定程度時，由于使用碳纖，材料用量的減少，可以使其成本不高于玻纖復合材料[4]；該公司現(xiàn)己開發(fā)的44m葉片僅重9.6t。其中丹麥的某企業(yè)葉片占世界葉片市場的很大份額，有完整

27、的葉片研發(fā)、制造、試驗、分析方案和設施，具有豐富的葉片設計經(jīng)驗。隨著葉片長度的增長和海上風電的發(fā)展，葉片將遇到更復雜的氣動力。進一步增加了由于氣動力而導致破壞的危險。</p><p>　　國外機組葉片大舉進軍中國市場，以2004年中國市場情況為例，國外機組占到市場份額的75%，國內(nèi)最大的某風機制造企業(yè)占到20%；國內(nèi)風機制造企業(yè)所用的葉片主要依靠進口和外資企業(yè)生產(chǎn)；只20%葉片由國內(nèi)生產(chǎn)；丹麥的世界最大的葉片制造

28、商于2001年在天津己經(jīng)建立獨資企業(yè)生產(chǎn)供應片；其它各國的風力行業(yè)領頭企業(yè)也陸續(xù)要在天津投資建立葉片制造廠、總裝廠。風力發(fā)電機組葉片是風力發(fā)電機的關鍵部件之一，葉片的好壞自接影響風力發(fā)電機的效率、壽命和性能。而葉片的研制、生產(chǎn)涉及到多個學科，是高科技產(chǎn)品。由于國內(nèi)缺乏制造大型風機葉片的技術基礎，因此/九五0以前，我國的風力發(fā)電葉片幾乎全部依賴進口。</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)風機葉片情況</p&g

29、t;<p>　　當前，國內(nèi)缺乏復合材料風機葉片設計的專業(yè)人才而國外己有20余年的設計制造歷史，數(shù)十名一流的專業(yè)設計師集中在幾個設計公司和制造企業(yè)，在葉片設計方面積累了豐富的經(jīng)驗；國外有專門的設計公司，開發(fā)出10余種專業(yè)軟支持葉片設計，提高了效率和可靠性[5]。在葉片的制造工藝方面[6]，我國目前能實現(xiàn)批產(chǎn)的只有采用手糊工藝制造的葉片，而對于先進的制造技術如預浸料、RIM等工藝正處于試驗階段；而國外己經(jīng)實現(xiàn)先進工藝的產(chǎn)業(yè)化應

30、用，很多企業(yè)采用RIM工藝制造大型葉片和預浸料工藝制造葉片。</p><p>　　2 葉片的研究與設計</p><p>　　風力機葉片設計涉及內(nèi)容十分廣泛，需要滿足一些要求，而優(yōu)良的葉片設計就是在這些要求中找到一個最優(yōu)的組合[16]。這些要求可歸結為：</p><p>　　(1)對于給定的風速分布，能夠獲得最大的年能量產(chǎn)值；</p><p>

31、　　(2)當風力機為失速型風力機時，應該能限制它的最大功率輸出，以致風力機能正常運行；</p><p>　　(3)能夠承受極端載荷和疲勞載荷；</p><p>　　(4)對于上風向風力機，應該避免葉尖變形過大而致使葉片和塔架發(fā)生碰撞；</p><p>　　(5)應當避免葉片和塔架發(fā)生共振；</p><p>　　(6)應當使得葉片的重量和成本在

32、允許條件下達到最小。</p><p>　　風力機葉片設計一般包括氣動設計和結構設計。氣動設計包括確定葉片長度、翼型系列、弦長、扭角和厚度分布等幾何參數(shù)，主要用來滿足(1)和(2)的要求。葉片的結構設計包括葉片材料的選擇、剖面形式和翼梁的設計，主要用來滿足(4)和(6)的要求。一般來講，氣動設計決定結構設計即結構設計是在氣動設計基礎上進行的，但是風力機葉片的結構設計也不是完全被動的，它從結構角度提出修改意見，甚至改

33、變某些斷面形式以求得最佳氣動效果和最佳的結構設計</p><p>　　2.1 風力機典型結構</p><p>　　從能量轉(zhuǎn)換的角度來看，風力發(fā)電機組包括兩大部分：風力機，將風能轉(zhuǎn)換為機械能；發(fā)電機，將機械能轉(zhuǎn)換為電能。 風力機的分類方法有很多：按照收集風能的結構形式及在空間的布置，分為水平軸風力機和垂直軸風力機；按塔架位置，分為上風式和下風式；按葉片數(shù)量，分為單葉式、雙葉式、三葉式、四葉式

34、和多葉片式；按葉片形分為螺旋槳式、H型。；按風力機容量，分為微型(1kW以下）、小型（1-10kw）中型（10-100kw）和大型（100kw以上），其中1000kw到2000kw以下稱為兆瓦級，2000kw及以上又稱為多兆瓦級。</p><p><b>　　（1）水平軸風力機</b></p><p>　　水平軸風力機是指風輪軸線的安裝位置與水平面夾角不大于15。的風

35、力機。水平軸風力機有傳統(tǒng)風車、低速風力機和高速風力機等三大類型。傳統(tǒng)風車歷史悠久，結構原始，現(xiàn)在遺留下來一些，除經(jīng)濟不發(fā)達地區(qū)還保留作提水、碾米、磨面等用途外，在發(fā)達國家主要作為人類文化遺產(chǎn)而精心保存。低速風力機在美洲及歐洲尚有部分存在，其風輪有葉片有12~24片，幾乎覆蓋了整個旋轉(zhuǎn)平面，風輪后面有保持迎風位置作用的尾翼。這種風力機的最大直徑約為5~sm，美國曾制造過直徑達15m的低速風車，這種風車適用于在低風速地區(qū)，當風速為2~3耐s

36、時就可以轉(zhuǎn)動，啟動力矩相對較高。</p><p>　　高速風力機風輪葉片僅2~4片，與低速風力機相比，高速風力機有重量輕，能承受的離心力大，轉(zhuǎn)速高，價格低的優(yōu)點。不足之處就是啟動困難，如沒有其他輔助設施，風速需達到5耐s方能轉(zhuǎn)動。由于高速風力機轉(zhuǎn)速高，葉尖速比可達到10，在相同直徑時，扭矩也較低，因而它非常適合風力發(fā)電，其風輪軸還可以通過變速齒輪箱與發(fā)電機匹配。為盡可能好地利用自然風，這種風輪可用尾舵或自動調(diào)向裝

37、置自動調(diào)整風輪正面面迎風。</p><p><b>　　（2）垂直軸風力機</b></p><p>　　垂直軸風力機是指風輪軸線的安裝位置與水平面垂直的風力機。垂直軸風力機在風向改變時無需對風，這是相對水平軸風力機的一大優(yōu)點，它不僅使結構設計簡化，而且還減少了風輪對風時的陀螺力。這類風力機的形式較多，如S型、H型、達里厄型等。這類風力機有許多特點，如增速器、聯(lián)軸器、發(fā)

38、電機等可安裝在地面上，安裝維修方便，不用調(diào)向，葉片制造簡單等，研究日趨增多，各種形式不斷出現(xiàn)。</p><p><b>　　2.2葉片載荷分析</b></p><p><b>　　2.2.1載荷分類</b></p><p>　　在風力機的設計中必須對其運行時所處的環(huán)境和各種運行條件所產(chǎn)生的各種載荷進行精確地分析與計算。其目

39、的是為了對風力機進行強度分析(包括靜強度分析和疲勞強度分析)、動力學計算分析以及壽命計算，確保風力機在其設計壽命期內(nèi)能夠正常地運行。該項工作是風力機設計中最為關鍵的基礎性工作。所有后續(xù)的風力機設計工作都是以載荷計算為基石出。由于風力機運行在復雜的外界環(huán)境下，并且它有不同的運行狀態(tài)，所承受的載荷很多。根據(jù)不同的標準，可以對作用在風力機上的載荷進行分類。</p><p>　　(l)根據(jù)載荷的來源，可以分為氣動載荷、重

40、力載荷、慣性載荷(包括離心力、陀螺載荷)、功能載荷(包括剎車、偏航、葉片變槳距控制以及發(fā)電機脫網(wǎng)等產(chǎn)生的載荷)和其他載荷(塔影、流過塔架的旋渦脫落、不穩(wěn)定性等將導致其他載荷或載荷效應；葉片振動可發(fā)生在擺振和揮舞方向上，這兩種振型都有可能被負的氣動阻尼激發(fā))。</p><p>　　(2)根據(jù)風力機運行狀態(tài)隨時間的變化，載荷可分為穩(wěn)態(tài)載荷、瞬時載荷、周期載荷和隨機載荷。</p><p>　　1

41、穩(wěn)態(tài)載荷(也稱靜載荷或準靜載荷)，包括：作用在風輪葉片上的氣動載荷、離心載荷、機艙和塔架的重力載荷和氣動阻尼等；</p><p>　　2瞬時載荷，包括：由陣風、斜風、偏航制動、脫網(wǎng)等引起的載荷；</p><p>　　3周期載荷，包括：塔影效應對葉片產(chǎn)生的載荷、葉片旋轉(zhuǎn)引起的重力載荷、氣動不平衡產(chǎn)生的載荷、風廓線引起的載荷等；</p><p>　　4隨機載荷，包括：風

42、輪啟動，發(fā)生地震等引起的載荷</p><p>　　2.2.2載荷計算的坐標系</p><p>　　風力機運行在復雜的自然環(huán)境之中，所受到的載荷十分復雜。要對風力機中各個零部件的載荷進行計算，就有必要選擇恰當?shù)挠嬎愎ぞ摺６鴺讼凳且环N很好的輔助計算工具，在恰當?shù)淖鴺讼抵驴梢苑奖憧旖莸挠嬎爿d荷，達到事半功倍的效果。設計風力機時會有不同的設計要求和不同的性能計算，這就需要在風力機上建立不同的坐

43、標系。本文采用常用的三坐標系，如圖2.2所示。</p><p>　　(l)葉片坐標系：其原點位于葉片根部中心處，并隨風輪旋轉(zhuǎn)，各坐標軸的方向如圖2.2(a)所示。</p><p>　　(2)輪毅坐標系：其坐標原點位于風輪中心，且不隨風輪轉(zhuǎn)動，各坐標軸的方向如圖2.2(b)所示。</p><p>　　(3)塔架坐標系：其原點位于風輪軸和塔架軸的交點上，且不隨風輪轉(zhuǎn)動，

44、各坐標軸的方向如圖2.2(c)所示。</p><p>　　圖2.2（a）葉片坐標系</p><p>　　圖2.2（b）輪轂坐標系</p><p>　　圖2.2（c）塔架坐標系</p><p>　　風力機葉片的受力情況比較復雜，為方便分析，可簡化為三種力：氣動力、離心力和重力，葉片受力情況如圖2.3</p><p>　　

45、圖2-3葉片受力示意圖</p><p>　　2.2.3氣動載荷（記作s）</p><p>　　作用在風輪(主要是葉片)上的氣動力是風力機最主要的動力來源。風輪是風力機最主要的承載部件。計算風力機載荷之前必須計算作用在葉片的上的空氣動力。目前計算作用在葉片翼型上的氣動力主要依據(jù)片條理論，該理論綜合了葉素理論和動量理論，根據(jù)該理論可以得到：</p><p>　?。?）葉

46、片上單位長度翼型斷面的氣動力：</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p><b>　　（2.2）</b></p><p><b>　　式中 為空氣密度；</b></p><p><b>　　W為相對速度；</b></p>

47、<p><b>　　C為剖面翼型弦長；</b></p><p><b>　　為來流角；</b></p><p>　　、分別為翼型升力系數(shù)和阻力系數(shù)。</p><p><b>　　（2）氣動力剪力：</b></p><p><b>　?。?.3）</b

48、></p><p><b>　　（2.3）</b></p><p>　　式中，R—風輪半徑；</p><p>　　r—輪毅中心到翼型斷面的距離。 </p><p><b>　?。?）氣動力彎矩：</b></p><p><b>　?。?.4）</b>

49、;</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p><b>　　式中，—積分變量</b></p><p><b>　?。?）氣動力扭矩：</b></p><p>　　（2.6） </p><p>　　式中，—該向量指向

50、負oz軸方向為正，即使角減小的方向為正</p><p>　　P—翼型斷面壓力中心；</p><p><b>　　C—扭轉(zhuǎn)中心。</b></p><p>　　2.2.4重力載荷（記作u）</p><p>　?。?）單位長度重力：</p><p>　　設和分別為剖面各部分的密度和面積。</p&g

51、t;<p><b>　　于是，</b></p><p><b>　　（2.7）</b></p><p><b>　?。?.8）</b></p><p>　　式中，—葉片旋轉(zhuǎn)方位角；</p><p>　　和—分別為折算的密度和面積；</p><p

52、><b>　　—重力加速度。</b></p><p>　?。?）重力拉力或壓力：</p><p><b>　?。?.9）</b></p><p><b>　　（3）重力剪力：</b></p><p><b>　?。?.10）</b></p>

53、;<p><b>　　式中：—軸傾角</b></p><p><b>　?。?）重力彎矩：</b></p><p><b>　?。?.11）</b></p><p><b>　?。?）重力扭矩</b></p><p><b>　?。?/p>

54、2.12）</b></p><p><b>　　式中，G—葉片重心</b></p><p>　　2.2.5離心力載荷（記作v）</p><p>　　由于風輪繞主軸旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生離心力載荷，作用在翼剖面的重心上，與重力載荷相互作用會給葉片帶來很大的作用力，計算時必須予以考慮。</p><p><b>　　

55、單位長度離心力 </b></p><p><b>　?。?.13）</b></p><p><b>　?。?.14）</b></p><p>　　式中：—風輪的旋轉(zhuǎn)速度</p><p><b>　　離心拉力：</b></p><p><

56、b>　?。?.15）</b></p><p><b>　　離心剪力：</b></p><p><b>　　（2.16）</b></p><p><b>　　離心力彎矩：</b></p><p><b>　?。?.17）</b></p

57、><p><b>　?。?.18）</b></p><p><b>　　或</b></p><p><b>　?。?.19） </b></p><p><b>　?。?）離心率扭矩</b></p><p><b>　?。?.

58、20）</b></p><p>　　2.3使用載荷和設計載荷</p><p>　　使用載荷是指風力機正常使用中可能出現(xiàn)的最大載荷[17]。在該載荷的作用下，結構不產(chǎn)生妨礙風力機正常運行的有害變形，卸載后不遺留有害的殘余變形。設計載荷是使用</p><p>　　載荷與安全系數(shù)的乘積，是結構能承受的最大載荷，預計在大于或等于該載荷作用下，結構將破壞或喪失承載

59、能力。用于設計風力機結構、強度校核計算和進行極限載荷或破壞試驗。計算風力機部件的極限載荷用來分析風力機部件最大強度、疲勞失效、穩(wěn)定性以及變形，在載荷的計算過程中，必須針對上述每種設計載荷工況，計算2.2節(jié)中規(guī)定的載荷。</p><p>　　由于載荷的計算和材料的實際特性有許多不確定性因素，因此有必要使用局部載荷安全系數(shù)方法來具體說明材料特性[18]該方法分為兩部分：</p><p>　　(

60、l)確定材料的設計特征；(2)選擇材料的局部安全系數(shù)</p><p>　　為了求得極限載荷，就必須要得到載荷函數(shù)S(凡)，它應該滿足以下關系式：</p><p><b>　　式中—失效后果系數(shù)</b></p><p><b>　　c抗力函數(shù)</b></p><p><b>　　—載荷的設計

61、值</b></p><p><b>　　—材料特征的設計值</b></p><p>　　一般來講，載荷函數(shù)是預應力的最大值，而抗力函數(shù)是最大允許設計值。</p><p>　　載荷的設計值可以通過以下關系式計算</p><p><b>　?。?.21）</b></p><

62、;p>　　式中：--載荷的特性值</p><p>　　--載荷的局部安全系數(shù)</p><p>　　材料的設計特征值通過下式計算：</p><p><b>　?。?.22）</b></p><p>　　式中：--材料的特性值</p><p>　　--材料的局部安全系數(shù)</p>&

63、lt;p>　　載荷的局部安全系數(shù)應大于1.0，正常情況下，取值在1.0-1，5之間</p><p>　　材料局部安全系數(shù)至少為1.1，失效后果系數(shù)至少為1.0。</p><p>　　表2-2載荷的局部安全系數(shù)</p><p>　　注：當大部分載荷參數(shù)不是以質(zhì)量來確定時的取值</p><p>　　2.4葉片材料的選擇</p>

64、<p>　　風力機葉片占整個風電機組成本的15%一20%。葉片所使用的材料不僅影響葉片的性能和效率，還影響單位發(fā)電量的成本葉片材料的選擇是葉片結構設計之前很重要的一項工作，優(yōu)良的材料是風力機葉片具有優(yōu)異特性的重要保證。由于葉片運行于野外，惡劣的氣候頻繁發(fā)生，因此葉片材料的選擇受到很多因素的制約。例如：材料的特性、可靠性、安全性、物理屬性、可用性、易處理性、回收再利用特性以及經(jīng)濟特性。材料選擇的原則如下：用于制造葉片的材料必須

65、具有良好的力學、熱、化學特性，包括高強度、高剛度、低密度、長壽命、良好的耐腐蝕性等等；材料要易于加工制造、價格合理、能夠保證加工制造過程中不產(chǎn)生污染環(huán)境的廢物。本節(jié)對風輪葉片的材料特性及葉片的結構予以介紹。</p><p>　　理想的葉片材料應具有一些必要的結構特性(較高的比強度、較大的疲勞壽命和剛度)、低成本并且可以形成需要的翼型斷面形狀。</p><p>　　表2-3給出了葉片一些常用

66、材料和可選用材料的結構特性便于比較，表中給出了各種材料的耐壓比強度、疲勞強度與耐壓強度的比值(百分比)、比剛度以及板件復原參數(shù)。</p><p>　　從表中我們可以清楚看到，玻璃纖維增強塑料和碳纖維增強塑料比其他材料有更高的耐壓比強度。但是，這個明顯的優(yōu)點并不像它表現(xiàn)的那樣具有決定性，這是因為，在一些包裝層壓葉片殼體的層板中，纖維都偏軸排列(典型的以45.排列)來抵抗剪切載荷，這樣就減小了軸向強度；這些復合材料有

67、較低楊氏模量，這意味著設計中占主導地位的是蒙皮抗皺損而不是簡單的抗壓屈服。結構失穩(wěn)的可能性與板件復原參數(shù)成反相關，因此板件復原參數(shù)較大的材料，如木材，不易發(fā)生屈曲失穩(wěn)。這樣，在同等條件下，木制葉片比玻璃纖維復合葉片更輕。</p><p>　　與其它的材料相比，由于木質(zhì)層板有較低的強度，因此木質(zhì)層板不適合制造運行于高尖速且有細長翼弦的葉片，葉片運行在高尖速時，它的揮舞彎矩相當高。曾有報道，對于失速調(diào)節(jié)型風力機，葉片

68、的應力對轉(zhuǎn)速十分敏感，當蒙皮的厚度與弦長的比值一定時，應力以轉(zhuǎn)速的4次方增加。盡管可以通過增加厚度來減小應力，但當厚弦比超過3一4%時，厚度增加會使得風力機效率降低。疲勞特性可以用1護循環(huán)時平均疲勞強度占極限疲勞強度的百分比來表示。顯然，碳纖維和卡歐屬/環(huán)氧葉片的疲勞特性較好，其值為30%。比剛度決定葉片的自然頻率。除碳纖維增強塑料外，其它材料的比強度都相對較小(18一27GPa之間)，這說明材料的選擇對動力特性影響較小。</p&

69、gt;<p>　　從上面的分析可以看出，碳纖維復合材料有最好的多方面結構特性但是由于它比其他的材料更貴(是玻璃纖維的10倍)而沒有得到普遍應用。反而，得到廣泛使用的是玻璃纖維/聚酷，玻璃纖維/環(huán)氧樹脂和木質(zhì)/環(huán)氧層板。原料鋼是最便宜的材料，并且能夠按照翼型輪廓形成變截面、彎曲的面板。但是由于這個面板難以扭曲，且疲勞特性差，因此剛很少用來制造風力機葉片。相反，玻璃纖維復合材料和碳纖維復合材料能夠自動浸漬保存在模具中，而這個模

70、具能夠形成合適的翼型、葉片平面形狀以及扭曲。層板復合葉片也以類似的方式制成，只是膠合板厚度需要加以限制，以確保膠合板能夠彎曲來滿足鋪層的曲率。</p><p>　　表2-3各種材料的結構特性比較</p><p>　　目前商品化的大型風力機葉片大多采用玻璃鋼，對于長度超過40m葉片，有采用碳纖/玻璃纖維混雜復合材料，由于碳纖維的價格高，未能推廣。估計今后一段時間內(nèi)，玻璃鋼復合材料仍將是大型風

71、力機葉片的主流材料。 </p><p><b>　　3 葉片的結構設計</b></p><p>　　3.1 葉片剖面結構形式設計</p><p>　　葉片剖面結構形式的設計是葉片結構設計的重要環(huán)節(jié)，它的設計好壞對葉片結構性能影響很大。在設計中，我們一般根據(jù)葉片具體技術要求，選擇采用恰當?shù)娜~片截面類型

72、。截面類型主要有：實心截面，空心截面及空心薄壁復合截面等。當用玻璃鋼材料來制造葉片時，必須注意到材料的強度和彈性模量與其它類型材料的差異和工藝上的多樣性，并且最好選用較厚的葉型設計成空腹結構。但空腹薄壁結構在受載時容易引起失穩(wěn)和局部變形過大，因此一般都在空腹內(nèi)充填硬質(zhì)泡沫塑料.蜂窩或設置加強肋，以提高葉片總體剛度。</p><p>　　圖3.1 葉片典型剖面結構</p><p>　　葉

73、片剖面的結構應根據(jù)葉片尺寸大小、荷載情況、制造工藝有所變化。如主梁較寬，主梁的上下緣應采用夾層結構，以免產(chǎn)生屈曲失穩(wěn)。或主梁寬度設計得較窄，可不采用夾層結構，但要進行屈曲穩(wěn)定驗算。前緣空腹由于曲率較大，抗屈曲失穩(wěn)能力較強，通常不需要采用夾層結構，但前緣空腹寬度較大時應考慮采用夾層結構。蒙皮的增強層也可采用纖維氈與織物交替鋪設。剖面結構形式確定之后，必須對葉片剖面幾何特性進行計算。由于沿葉片軸線方向，葉片的弦長C，相對厚度t/C以及所選取

74、的翼型都是變化的，所以葉片剖面幾何特性的計算工作量較大。需要計算的剖面幾何特性有：面積F：重心；慣性矩，；靜矩；扭轉(zhuǎn)剛度等等〔20〕。計算中，以葉片剖面翼型的前緣點作為坐標原點，翼弦方向為x向，垂直于x向和剖面翼型上下表面的交點就是葉片剖面翼型y坐標。如圖2-5所示。</p><p>　　圖3.2 翼型剖面圖</p><p><b>　　剖面面積</b></p&

75、gt;<p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　式中：C—剖面翼型的弦長；</p><p>　　和分別為剖面的上下表面的Y向坐標曲線函數(shù)</p><p><b>　?。?）剖面重心</b></p><p>　　（3.2）

76、 （3.3） </p><p>　　假設葉片的材料密度是均勻的，即=常數(shù)，則</p><p><b>　?。?.4） </b></p><p><b>　　

77、（3.5） </b></p><p><b>　　(3)靜矩</b></p><p>　?。?.6） （3.7）</p><p><b>　　(4)極慣性矩</b></p>

78、<p>　　如果坐標原點是葉型的前緣點則對該坐標系的軸慣性矩為</p><p><b>　　（3.8）</b></p><p><b>　?。?.9）</b></p><p>　　此時坐標系平移，原點在質(zhì)心處，那么相對于質(zhì)心軸系的軸慣性矩為</p><p>　　（3.10）

79、 </p><p>　?。?.11） </p><p>　　由以上各式可求得相對于質(zhì)心的極慣性矩為</p><p><b>　?。?.12）</b></p><p><b>　　(5)扭轉(zhuǎn)剛度</b>&

80、lt;/p><p><b>　?。?.13）</b></p><p>　　式中：G--剪切模量；</p><p>　　r--輪轂中心到翼型剖面的距離</p><p><b>　　3.2葉片鋪層設計</b></p><p>　　葉片的鋪層設計是DDL葉片結構設計的另一個重要環(huán)節(jié)。葉

81、片的鋪層是由葉片所受的外載荷決定的，無論是彎矩、扭矩和離心力都是從葉尖向葉根逐漸遞增，所以葉片薄壁結構的壁厚是從葉尖向葉根逐漸遞增加葉片除滿足強度要求外，還需滿足變形條件，特別是長的葉片尤其注意葉身設計盡可能按等強度布置，葉根安全系數(shù)較大。</p><p>　　3.2.1鋪層設計原則 </p><p>　　(1)均衡對稱的鋪設原則：鋪層對中面對稱；若有-45º層，則應用45

82、86;與其平衡。</p><p>　　(2)鋪層定向原則：鋪層方向數(shù)應盡可能少，以簡化鋪層工作量。設計中常采用0º，90º，+45º，-45º四種鋪層方向，如需設計成各向同性層合板，可用[0/45/90/-45]或[60/0/60]</p><p>　　(3)按照內(nèi)力方向的鋪層取向原則：對于承受單軸拉伸或壓縮載荷，纖維鋪設方向應與載荷方向一致；對于承

83、受雙軸向拉伸或壓縮載荷，纖維方向按90º或0º方向鋪設；對于承受剪切載荷，+45º，-45º成對鋪設；對于承受拉伸或壓縮和剪切的復合載荷，0º，90º，+45º，-45º多向鋪設</p><p>　　(4)鋪層最小比例原則：所有鋪層中，最小鋪層百分比應大于或等于6%~10%</p><p>　　(5)鋪層順序原

84、則：應使各定向?qū)颖M量沿層合板均勻分布，既要使層合板的單層組數(shù)盡量地大，使每一單層數(shù)盡量小，一般不超過4層；若層合板中含有土45/層，0o層，900層，應盡量在+45/層和-45/層之間用0o層或900層隔開；盡量在0o層合900層之間用45/層或-45/層隔開。</p><p>　　(6)抗局部屈曲設計原則：對于局部屈曲為臨界設計情況的構件，應把45/鋪層盡量鋪設在遠離結構中性層的位置上，即兩側表面上。</

85、p><p>　　(7)變厚度設計原則：一般依據(jù)板件載荷的大小設定鋪層厚度，載荷越大，鋪層越厚；載荷越小，鋪層越薄。</p><p>　　(8)沖擊載荷區(qū)設計原則：足夠多的纖維鋪設在沖擊載荷方向。</p><p>　　3.2.2鋪層設計過程</p><p>　　由于葉片的剖面尺寸一般遠比葉片的長度小，故葉片的強度和剛度計算可以簡化為根端固定的懸臂梁

86、來考慮，如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 葉片簡化受載示意圖</p><p>　　通過積分可以求出作用于葉片各剖面的彎矩扭矩和離心力P剪力在葉片壁上取出一個微元來分析，則作用在它上面的應力主要有沿葉片軸向的，垂直葉片軸向的和剪應力</p><p>　　參照已有葉片數(shù)據(jù)和積累的設計經(jīng)驗，可以初步假定葉片各剖面的壁厚分布和主要彈模量(沿葉片軸向)和剪切

87、模量然后根據(jù)材料力學組合梁理論計算各剖面的應力和尖最大變形(包括撓度和扭角)，經(jīng)過多次反復，達到初步符合要求。接著就可安排各剖面的層鋪設，并計算其彈性性能使其接近所假定的，，然后再計算應力，并按此布層鋪設進強度、剛度校核，再調(diào)整布層鋪設，直到滿足要求為止。整個過程是一個反復的迭代過程.</p><p>　　3.3葉片強度和變形設計</p><p>　　3.3.1葉片的應力計算</p&

88、gt;<p>　　（1）剖面上的正應力為</p><p>　?。?.14） </p><p>　　式中一離心拉力引起的正應力，</p><p><b>　?。?.15）</b></p><p>　　為彎曲力矩引起的正應力</p><p><b&

89、gt;　　（3.16）</b></p><p>　?。?）剖面上的剪應力為</p><p><b>　?。?.17）</b></p><p><b>　?。?.18）</b></p><p>　　及引起的剪應力可按組合梁方法計算</p><p>　　對于單腔等厚薄

90、壁剖面，剪應力為</p><p><b>　?。?.19）</b></p><p><b>　　（3.20）</b></p><p><b>　　扭轉(zhuǎn)剪應力為</b></p><p><b>　?。?.21）</b></p><p>

91、;　　所以 剪應力 （3.22）</p><p>　　3.3.2葉片的變形計算</p><p>　　(1) 沿R方向的葉尖位移，此位移是由離心拉力所引起，即</p><p><b>　?。?.23）</b></p><p>　　(2) 葉尖的扭轉(zhuǎn)角<

92、/p><p><b>　　（3.24）</b></p><p>　　(3) 葉尖在x及Y方向的位移</p><p>　　由于較大，可以不計方向的變形，于是</p><p><b>　　x方向的變形為</b></p><p><b>　?。?.25）</b>&

93、lt;/p><p><b>　　Y方向的變形為</b></p><p><b>　?。?.26）</b></p><p><b>　　則總變形為</b></p><p><b>　　（3.27） </b></p><p>　　3.4 葉

94、片根端連接設計</p><p>　　葉片根端連接設計也是葉片結構設計的重要環(huán)節(jié)之一。因為葉片所受的各種載荷，無論是離心力還是彎矩、扭矩、剪力都在葉片根端達到最大值。葉片根端連接設計的任務就是把整個葉片上所承受的載荷傳遞到輪毅上去。葉片根端必須具有足夠的剪切強度、擠壓強度，與金屬的膠接強度也要足夠高，這些強度均低于其拉彎強度，因此葉片的根端是危險的部位，設計應予以重視。下面介紹兩種葉片根端形式</p>

95、<p><b>　　1.翻邊螺栓連接</b></p><p>　　這種形式的葉根像一個法蘭翻邊。在此法蘭上，除了有玻璃鋼外，還與金屬盤對拼，在金屬盤上的附件與輪毅相連如圖所示</p><p>　　圖3.4 翻邊連接示意圖</p><p>　　在這種連接方式中，葉根處玻璃鋼仍然主要承受剪切應力。雖然玻璃鋼的斷紋剪切強度(比層間剪切強

96、度)高，約為70一80MPa，但葉根強度仍由翻邊出的剪切強度控制。為了提高葉根處承載性能，葉片鋪層應在葉根附近加厚以擴大承力面積，螺釘應盡量靠近葉根，法蘭頂面使用一個壓環(huán)，并注意在翻邊轉(zhuǎn)角處采用圓弧過渡等措施</p><p>　　2.預埋金屬根端連接</p><p>　　在根端設計中，預埋上一個金屬根端，此結構一端可與輪毅連接，另一端牢固預埋在玻璃鋼葉片內(nèi)。這種根端設計，主要用于新研制的玻

97、璃鋼葉片。這種結構形式避免了對玻璃鋼結構層的加工損傷，經(jīng)過外試驗機構試驗證明是最可靠的，唯一缺點就是每個螺紋件的定位必須準確，如圖</p><p>　　圖3.5 預埋金屬根端葉根</p><p>　　以上介紹了兩種主要的葉片根端連接設計，在實際設計中，還應根據(jù)具體情況進行變更?？偟囊笫且诒ＷC葉片安全使用，葉根處有較好的承載能力條件下，考慮工藝方法及應用性能等方面的因素 </p

98、><p>　　3.5葉片頻率的計算</p><p>　　葉片的振動主要由地面表面層效應(即風剪切)以及塔架在不同諧波頻率時的導槽引起。在共振情況下，葉片會產(chǎn)生激勵振動，這是葉片上的動應力急劇增大，可能產(chǎn)生災難性破壞。但只要偏離共振區(qū)，振動就會大為減弱。一般葉片自振頻率不與轉(zhuǎn)速頻率的整數(shù)倍重合，就可避免共振。實際中最重要的是避免低階自振頻率與轉(zhuǎn)速頻率的整倍數(shù)重合。對葉片進行動態(tài)設計時，一般要求葉

99、片第一頻率大于轉(zhuǎn)速頻率的B倍(B為葉片數(shù))。因此計算葉片的頻率有著重要意義。</p><p>　　通常葉片各剖面的扭角是不同的，各剖面的主慣性軸也因此不平行。葉片振動時各剖面的彈性位移可分解為兩個互相垂直的方向位移，葉片的彈性線不再是平面曲線，這樣就產(chǎn)生了兩個方向互相禍合的彎曲振動。如果葉片扭曲較大，那么藕合影響也就較大，在進行頻率計算時，有必要考慮這種禍合影響。采用圖所示坐標系口Z為葉片重心軸，u，v為x，y方

100、向位移。</p><p>　　圖3.6 雙向彎曲振動坐標系</p><p><b>　　由材料力學可知：</b></p><p><b>　　（3.28）</b></p><p><b>　?。?.29）</b></p><p>　　經(jīng)變換得自由振動

101、方程：</p><p><b>　?。?.30）</b></p><p><b>　?。?.31）</b></p><p>　　對位移u，v進行分離變量可得出頻率方程：</p><p><b>　?。?.32）</b></p><p>　?。?.33）

102、 </p><p>　　上述方程中，，為關于坐標軸oxy的慣性矩和慣性積，其中</p><p>　?。?.34） </p><p><b>　?。?.35）</b></p><p><b>　?。?.36）</b></p><

103、;p>　　應用伽遼金法求解方程式(2.28)及(2.29)，并以矩陣形式表示：</p><p><b>　?。?.37）</b></p><p>　　于是可求出n個擺振方向頻率和揮舞方向頻率及相應的擺振方向和揮舞方向的藕合振型。 </p><p>　　3.6葉片結構設計算例</p><p>　　正如前面所述，風力機

104、葉片的結構設計是在葉片氣動設計和氣動性能計算的基礎上進行的，它的主要任務是進行葉片結構形式設計、鋪層設計和根端連接設計，并結合氣動計算校核強度和剛度，反復調(diào)整，最終得滿意結構。</p><p>　　圖3.7 葉片結構設計流程圖 </p><p>　　3.6.1葉片氣動外形參數(shù)</p><p>　　表3-1 葉片總體參數(shù)</p><p>　　3

105、.6.2葉片材料選擇 </p><p>　　目前，玻璃鋼復合材料是風力機葉片的主流材料，它有著許多優(yōu)點。本課題葉片設計中選用玻璃纖維增強復合材料(GRP)，其材料性能參數(shù)見表3-2。</p><p>　　表3-2GRP力學性能參數(shù)</p><p>　　3.6.3葉片結構形式 </p><p>　　葉片設計中，選用主梁加蒙皮的結構形式

106、，其中主梁以加強肋形式，，蒙皮要滿足葉片的氣動性能要求，同時承受彎曲與剪切載荷，主梁主要承受大部分彎曲載荷。由于設計中，主梁寬度較窄，故不采用夾層結構。</p><p>　　3.6.4葉片的結構尺寸及鋪層設計</p><p>　　(l)葉根尺寸的確定設計中根據(jù)靜態(tài)驗證載荷，即極端推力載荷，對風力機葉片進行初步設計。根據(jù)文獻=38]，風輪單位掃掠面上極端推力載荷取為</p>&

107、lt;p>　　則作用在風輪上總推力載荷為</p><p>　　式中： —極端推力載荷</p><p><b>　　—風輪掃掠面積</b></p><p>　　這個載荷由三個葉片共同承受，并且以三角形模式線形分布(如圖)，在葉根端處最小為0，而在葉尖處達到最大為3.732N/m，。每個葉片應當承受的極端載荷為</p><

108、p><b>　?。?.38）</b></p><p><b>　?。?.39）</b></p><p>　　式中：--作用在風輪上的總推力載荷；</p><p>　　B--風輪的葉片數(shù)；</p><p>　　--作用在單個葉片上的推力載荷；</p><p>　　R--葉

109、片根端到葉片尖端的長度；</p><p>　　--作用單個葉片上的推力載荷產(chǎn)生的扭矩。</p><p>　　圖3.8 葉片上的載荷分析</p><p>　　由于葉片根部斷面為圓形，而且葉片內(nèi)部是空心的，因此，葉根應該有內(nèi)徑d-和外徑心，兩者尺寸根據(jù)上述在和條件進行初步確定。依據(jù)虎克定律，葉根斷面應力可以表示為</p><p><b&g

110、t;　?。?.40）</b></p><p><b>　　式中</b></p><p><b>　　—葉根斷面應力；</b></p><p>　　—葉根產(chǎn)生的應變，；</p><p>　　—葉根材料的彈性模量，。</p><p><b>　　于是<

111、/b></p><p><b>　?。?.41）</b></p><p>　　同時，根據(jù)彎曲公式可以得到</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　于是式（3.40）變?yōu)椋?lt;/p><p>　　聯(lián)立式（2.37）和式（2.39）則有</p&g

112、t;<p>　　式（3.40）的求解需要進行迭代計算，根據(jù)初始值為葉片長度的10%以及不能超出輪毅直徑的原則，在迭代過程中，取，然后進行迭代運算，找到一個合適的，最終結果為：，=0.17m，也就是說葉根的實際材料厚度為20mm。</p><p><b>　　（2）葉片鋪層設計</b></p><p>　　當風力機運行在復雜的氣候條件中，應力和應變都在葉根

113、處出現(xiàn)集中，為保證強度要求，葉根處的厚度達到最大；為保證剛度要求，葉片的壁厚應沿葉片展向逐漸減小。設計中壁厚初步按照線性分布，這樣有利于葉片的制造。設計時假設葉根材料厚度為20mm，而由氣動設計參數(shù)知，葉尖厚度為25mm，考慮到制造時，兩個蒙皮層板之間樹脂的厚度，設計時為之預留11mm，這樣每個蒙皮層板厚度為12mm，沿展向各截面處壁厚按照線形分布即可確定。梁的厚度設為40mm，并沿葉片展向不發(fā)生變化，梁起始于葉根，終止于葉尖。<

114、/p><p>　　根據(jù)復合材料鋪層設計原則以及葉片設計實際情況，先假定葉片鋪層情況如下：沿葉片展向，每個蒙皮層板均有40層，每層厚度變化一致，在葉根處厚度均為0.5mm，在葉尖處為0.3mm，中間按照線形分布；纖維鋪層方向為，所有鋪層對中面對稱。梁采用單向纖維鋪設，設有80層，每層厚度均為0.5mm，并沿葉片展向不變，鋪設方向為。</p><p><b>　　4 葉片結構介紹<

115、/b></p><p>　　4.1 葉身的設計 </p><p>　　圖4.1 葉身的形狀</p><p><b>　　4.2 葉根的設計</b></p><p>　　圖4.2 葉根的形狀</p><p>　　這種形狀的設計能更好地讓葉片與輪槽進行很好的貼合。</p><

116、;p>　　4.3 葉片剖面的形狀</p><p>　　圖4.3 葉片剖面的形狀</p><p>　　4.4 葉根與輪槽配合圖</p><p>　　圖4.4 最大配合圖</p><p>　　圖4.5 最小配合圖</p><p>　　說明：（1）葉根與輪槽貼合面的兩邊高低偏差不大于0.02，同時保證節(jié)距公差。&

117、lt;/p><p>　?。?）配合時的間隙一定要保證在最大到最小的范圍內(nèi)。</p><p>　?。?）漏光不大于0.8。</p><p><b>　　5 結論與展望</b></p><p><b>　　5.1結論</b></p><p>　　能源危機’’催生了可再生能源在全球的迅

118、猛發(fā)展，風力發(fā)電作為風能的主要利用形式，成為環(huán)保型能源的新寵，今年來得到世界各國政府的大力支持。我國也在風電發(fā)展上給予了大力支持，出臺了一系列優(yōu)惠政策，如《可再生能源法》、《可再生能源發(fā)展》、《十一五規(guī)劃》等。由于我國風電發(fā)展起步較晚，國內(nèi)風電設計技術與國外差距很大，作為風電機組核心部件之一的葉片尤其如此，隨著風電行業(yè)的快速發(fā)展，風電機組技術的國產(chǎn)化呼聲也越來越高。在此背景下，對國內(nèi)外葉片相關技術研究現(xiàn)狀進行討論，并展開了部分研究工作，

119、包括風機葉片氣動性能計算研究、葉片結構設計技術研究以及彎扭耦合技術在葉片設計中的初步應用研究，掌握了葉片氣動性能計算方法。.考慮葉片實際連接情況，將其視為剛性連接，對葉片根部采用全約束簡化為懸臂梁進行強度和剛度分析?？紤]到葉片模型為殼體結構，通過將計算的彎矩載荷等效為線性分布力載荷的方案進行加載，最終進行葉片強度和剛度分析。通過分析發(fā)現(xiàn)其葉尖位移變形最大，葉根應力最大，但均未超過極限值，設計符合要求。</p><p&

120、gt;<b>　　5.2 展望</b></p><p>　　風力機葉片是風電機組的核心部件，掌握葉片的設計技術是我國實現(xiàn)風電機組自主創(chuàng)新進程中的關鍵之舉。然而風力機葉片結構復雜，設計時需要考慮的因素也很繁多，真正掌握這一技術需要一個長期的過程，在該項目研究過程中，由于本人精力和水平有限，以下問題待進一步改進：</p><p>　?。?）爭取得到葉片氣動設計的完全數(shù)據(jù)，

121、在此基礎上再進行葉片的結構設計，這樣結果會更符合實際</p><p>　?。?）在進行葉片的結構特性分析時，應將葉片和輪毅一起分析，有條件時應該將整個機組作為一個整體進行分析，這樣更符合實際情況。</p><p>　?。?）正如文中所講，葉片的氣動設計和結構設計是相互關聯(lián)的，在今后的設計中，應該在結構設計之后，從結構角度提出修改意見，甚至改變某些斷面形式以求得最佳氣動效果和最佳的結構設計。