大型风力发电机叶片的设计研究

华北电力大学（保定）硕士学位论文大型风力发电机叶片的设计研究姓名：姚志岗申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：崔彦彬20081220大型风力发电机叶片的设计研究作者：姚志岗学位授予单位：华北电力大学(保定)相似文献(10条)1.学位论文王学永风力发电机叶片设计及三维建模2008本课题研究水平轴风力发电机的叶片设计、实体建模。主要研究成果如下：1叶片优化设计。以750kW水平轴风力机发电机为例进行优化设计的研究。本课题按照Wilson法编制风力发电机叶片优化设计计算程序，采用MATLAB语言作为计算机程序设计语言。2叶片精确实体建模。叶片采用NACA4412翼型，基于叶片设计数据，对数据进行三维坐标变换，求出叶片各点的三维坐标，利用三维建模软件UnigparhicsNX3进行精确实体建模。2.学位论文杨新彦小型水平轴风力发电机叶片设计研究2006随着环保呼声日益高涨和非可再生资源的过度消耗，风力发电以其独特的优越性日益被重视。叶片是风力发电机吸收风能的重要元件。本课题以广西教育厅科技项目《1KW风力发电机产品的研究开发》为背景，主要研究小型水平轴风力发电机的叶片设计、性能计算、有限元动力学分析。主要研究成果如下：1．简单实用的叶片设计拟合模型。综合国内外多种文献，整理现有叶片设计模型基础上，得出简单实用的叶片参数设计拟合模型——各叶素弦长计算公式和安装角计算公式。该模型函数简单；设计精度高；设计叶片具有流线型。2．叶片精确实体建模仿真。以最后输出电功率P＝400W为目标，采用翼型NACA4412进行叶片设计。基于叶片设计数据，进行三维坐标变换，本文利用较通用的办公软件EXCEL实现复杂的矩阵坐标变换，求出叶片各点的三维坐标；利用三维建模软件SolidWorks进行精确实体建模，方便进一步分析。该法可为扭曲实体和其他复杂实体精确建模提供新思路。3．叶片静态气动性能模拟计算。基于Glauert模型和Wilson模型对设计叶片进行性能对比计算，利用各种性能修正系数进行性能修正。得出所设计叶片的设计状态气动性能指标；并提出气动性能较合理的计算途径，即以Wilson模型气动计算为基础采用修正系数修正，其中轮毂修正采用新方法——忽略轮毂气动性能计算，只对采用翼型部分进行气动性能计算。该法简单实用，计算结果且较经验轮毂损失修正合理。4．叶片动力学分析。采用了有限元分析软件COSMOS\WORKS进行叶片有限元建模和分析，计算出叶片前十阶固有频率和振型，为其他设计如塔架设计提供参考。模态计算采用精确的整个叶片实体模型计算结果精度较高。3.期刊论文巩真.刘志璋.冯国英.GONGZhen.LIUZhi-zhang.FENGGuo-ying低风速离网型风力发电机的叶片设计-能源工程2008(5)根据内蒙古四子王旗某地2007年逐月平均风速表选取设计风速为6m/s,根据某型号300W交流永磁发电机的输出功率特性,利用Matlab编写的叶片优化设计程序,设计了300W水平轴风力发电机叶片.通过风轮与发电机的匹配,调整叶片参数,使之在小风时具有较高的风能利用系数,提高风力机的效率,在大风时具有较低的风能利用系数,从而达到大风时限速保护的目的.4.学位论文王凡风力发电机的叶片设计方法研究2007面对日益增长的能耗需求和环保方面的压力，世界各国都在加大新能源的开发力度。清洁无污染、绿色环保的可再生能源是当今世界能源开发的焦点。风能是可再生清洁能源中最具代表性的一种，它对保护环境和维持生态平衡，以及减少对常规能源依赖和改善能源结构都有重要意义。风能开发的重点是利用风力发电机将风能转换成电能。水平轴风力机是风能利用中最主要的形式，风力机中的关键部件又是叶片，随着计算机技术和计算流体力学的发展，风力机的设计研究工作也在不断深入。出现了很多有关风力机叶片设计的新方法，在掌握基本风力机理论的同时我们也有必要开发自己的风力机设计方法。风力机的叶片接受吸收风能并将其转换成机械能，再驱动发电机得到电能。对于这样重要的部件，其研究工作又是风力机研究的开端，我们更应重视基础研究工作。通过对风力机叶片设计的基础理论及外型参数等研究，分力风力机叶片设计的方法。运用翼型的基本概念和风力机叶片的基础外型参数进行叶片设计的预研讨论，并分别运用了Glauen和Schmitz叶片设计方法叶片进行初步设计，这两种方法有其各自技术特点和缺点，文中还着重研究了动量一叶素理论方法，这种方法在前两种设计方法的基础上发展而成，并采用两者的叶素研究方法进行叶片设计，动量叶素理论方法在进行叶片外型设计和叶片气动特性计算都涉及到干涉因子，文中重点对设计和计算情况下的干涉因子进行处理，并由此来设计叶片的外型和进行气动特性的计算。5.学位论文王飞小型风力发电机叶片设计与制造工艺研究2007随着化石能源的过渡消耗以及其对环境带来的严重影响，风能凭借其清洁、可循环利用等诸多优点而越来越受到重视，各国都在积极开发利用本国的风能资源，中国也不例外。本文根据广西教育厅科技立项项目《1KW风力发电机产品的研究开发》的要求，探索小型风力发电机复合材料叶片设计与制造方法。主要研究结果如下：1．根据风力发电机叶片设计的经典理论设计叶片的外形，利用三维建模软件建立叶片的三维实体模型。其中根据叶片翼型数据较多的设计特点，在传统建模方法无法实现的情况下，提出了导入数据文件的建模方法，提高了模型的建立效率。2．根据叶片的实体模型和每个设计截面数据，提出了数控仿真加工和曲面拟合两种叶片模具的设计与制造方法。这两种方法各具优缺点，并且优缺点互补，可以根据实际生产条件选用。3．为了能够制造出轻质高强的叶片，对复合材料制造的关键工艺进行了试验研究分析，确定了相关工艺参数，并利用应变电测技术确定了复合材料的强度极限和弹性常数，为有限元分析工作提供了相关材料数据。4．利用ANSYs有限元分析软件，使用复合材料层合单元IinearIayer99对叶片模型进行了静力分析和模态分析，根据分析结果确定了叶片内部结构、材料层数和接合面尺寸，并绘出叶片在不同风速下的应力情况图，同时确定出叶片的前十阶固有频率。5.介绍了叶片的内部支撑结构的制造和合模工艺并完成了叶片的制造，最后对叶片进行静力实验和动态特性实验，并与有限元分析计算结果进行对比，说明有限元的分析结果可以用来作为叶片设计制造的依据。6.期刊论文冯国英.刘志璋小型风力发电机叶片设计风速的选择-农村牧区机械化2007(2)根据内蒙古某地区2004年月平均风速数据选定设计风速,根据HY-1500发电机的输出功率特性,利用Willson气动模型设计了1500W风力发电机叶片.计算表明,该风力发电机在低风速段具有较高的风能利用系数,风速较高时又具有较低的风能利用系数,具有重要的实际应用价值.7.学位论文朱挽强3KW偏低风速风力发电机叶片设计研究2007能源是人类社会发展的不竭动力，现今化石能源的日益枯竭和其带来的环境污染问题成为困扰社会的两大难题。破解迷局的重要方式之一是用清洁能源代替传统能源，而风力发电正是清洁能源中技术最成熟，价格最接近传统火力发电的新能源。风力发电在全球方兴未艾，欧洲计划在2020年使风力发电量达到总发电量的12％，其他各发达国家也正在大力发展风力发电。中国风能资源丰富，非常适合发展风力发电技术。本文对占我国面积50％地域的风能可利用区进行了研究，这里居住着我国绝大多数的贫困人口、农牧民和边防军人，发展适合那里的偏低风速风力发电技术可以改善生活条件和生存环境并且可以促进当地的经济发展。风能可利用区大于3m/s风速每年只有2000～4000h，而如今的风能发电技术都属高风速技术，启动风速较高，不适合在这一地区应用。要更高效的利用这么广大地域的风能只有发展新型适合偏低风速地域的风力发电技术，而叶片又是风力发电机中最重要的单元。叶片设计的好坏决定了风力发电机的优劣。本文提出了对偏低风速地区即风能可利用区风能进行应用并采用Schmitz模型设计方法和Matlab计算软件，设计了启动风速为3m/s，额定风速为8m/s，额定功率3KW，采用NACA63-418为主体的偏低风速离网型失速调节叶片。并且根据设计制造了叶片实体，安装后产生了很好的经济与示范效果。结果证明偏低风速风电的利用应该成为离网型风机发展的方向。8.学位论文马鹏基于S823/S822翼型小型风力发电机叶片气动特性的数值模拟2008风能是一种清洁、廉价、储量丰富的可再生能源，是缓解世界能源危机保证经济可持续发展的有效途径之一，风能凭借其清洁、可循环利用等诸多优点而越来越受到重视。而叶片是整个风力发电机最为关键的部位，其性能优越与否关系到发电机的成本、寿命及发电功率的捕获。本文通过对美国SERI翼型系列中的S822、S823两种翼型进行二维、三维流体分析，研究此两种翼型在不同工况下的流体气动特性及压力分布等。主要研究结果如下：1.对S822、S823两种翼型进行二维分析，获得两种翼型的气动特性，包括压力分布、翼型周围的流场分布以及翼型升力系数及升阻比随攻角变化曲线图，为叶片设计提供参考。2.对S823翼型添加Gurney襟翼进行了尝试，通过对加有Gurney襟翼的翼型进行流场分析，分析结果表明添加Gurney襟翼可以有效的改善翼型表面压力分布，提高翼型升力系数及升阻比，同时给出了合理的襟翼高度。3．根据风力发电基本理论，以S822/S823两种翼型为基础设计出一种组合叶片，此种叶片既能满足叶片的气动性能又能满足叶片的强度要求，并可以有效的降低噪音以及叶片表面的敏感程度。4．对S822/S823组合叶片进行单叶片的三维分析，通过模拟了解叶片表面的压力分布及流场分布，可以很清楚的看到叶片周围漩涡形成的部位，与葛劳渥漩涡理论基本符合。5．对叶片用复合材料—玻璃钢—进行拉伸性能的试验，通过对玻璃纤维进行预处理、添加不同量的耦合剂以及泡水处理，表明对玻璃纤维进行干燥处理和在树脂中添加0.2％的硅烷耦合剂可以有效提升玻璃钢的抗拉强度及防水性能。9.期刊论文张果宇.冯卫民.刘长陆.俞剑锋.ZHANGGuo-yu.FENGWei-min.LIUChang-lu.YUJian-feng风力发电机叶片设计与气动性能仿真研究-能源研究与利用2009(1)运用叶素理论和气动理论,基于设定的风力机性能参数对风轮叶片进行三维设计.利用Gambit建模软件对风力机单叶片进行三维建模.再用Fluent软件进行风力机叶片气动性能的数值模拟,仿真叶片气动流场流态,并计算叶轮的升力、阻力和扭转力矩;验证风力机气动性能数值模拟的可行性和可靠性;计算发电机组功率和风能利用效率等性能参数.对风力发电机叶片的设计和气动数值模拟计算分析的工作可深化对风力发电机组三维叶片的气动性能的了解.仿真风力发电机组气动流场,能为风力机叶片的设计、改型和研发工作提供技术参数和指导意见.10.学位论文聂晶小型风力机叶片的设计2005通过多种设计思想及设计方案的分析比较，认为Wilson法是目前风力发电机叶片设计普遍采用的优化设计方法，本课题按照Wilson法编制风力发电机叶片设计计算程序。采用MATLAB语言作为计算机程序设计语言，综合Wilson方法考虑叶片稍部损失和升阻比对叶片最佳性能的影响，并考虑风轮在非设计状态下的性能计算进行编程。该计算程序比较全面的综合了影响风机叶片性能的各种因素，大大提高了叶片的设计精度和设计计算效率。由于离网型风力发电机都是在蓄电池的配合下工作，所以本文按照实际测试的发电机充电特性设计计算风机叶片的性能参数。在对设计的叶片振动模态测试实验的基础上，对叶片的自振频率进行了分析，为风机的整体设计方案提供了依据。通过在自然风况下的性能试验，验证了采用MATLAB语言编制的设计计算程序精度和准确性。采用该设计计算程序设计的叶片的动力性能指标与实际测试的数据的平均误差为4.6％，从而证明该程序具有实际应用价值。本文链接：下载时间：2010年3月9日