浅析大型风力机叶片气动外形设计及三维实体建模研究

《浅析大型风力机叶片气动外形设计及三维实体建模研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、学兔兔www.xuetutu.com大型凤机叶乞劲外彩设针殷三谁雾体建研宓口胡世军口张恒磊兰州理工大学机电工程学院兰州730050摘要：针对大型风力机叶片气动外形设计方法，基于动量一叶素理论，通过Wilson设计法，对1．5MW风力机叶片进行气动外形设计，并提出一种风力机叶片三维建模的方法，为叶片的气动性能计算和结构设计与分析奠定了基础。关键词：风力机叶片气动外形三维建模设计中图分类~：TK83；TM315文献标志码：A文章编号：1000—4998(2016)01—0016—03风力机叶片是风电

2、机组的核心部件之一．其设计性、载荷、噪声等因素，一般都采用三叶片的风轮。笔者质量对风电机组整体及其零部件的性能和寿命有着直选定B=3，A=7。接影响。随着风电机组容量和叶片尺寸的不断增大，且表1叶尖速比与叶片数匹配由于叶片精度、强度和刚度要求高等特点，使叶片的结叶尖速比A叶片数风机类型叶尖速比A叶片数B风机类型构及外形尺寸的设计显得更为重要。风力机叶片设计16~20低速43~5中速包括气动设计和结构设计，气动设计的主要任务是确24～l2低速5~82～4高速定叶片的气动外形，应用空气动力学基础理论

3、，并结合33～8中速8～12l～2高速叶片的结构和工艺要求，形成沿叶片展向的截面形状。气动设计的基本思想是主要考虑叶片的各剖面叶素输1．3翼型的选择出功率达到最大。翼型对风力机叶片十分重要，它直接影响风轮的启动和接受风能的效率。一台性能良好的风力机应当1风力机气动外形设计尽量增加升力同时减小阻力，使升阻比尽量趋于最大风力机叶片的气动外形设计包括：叶片直径D，叶值，从而增加风力机的风能利用因数。常用的翼型有片数B，叶片翼型的选取，叶片各截面的弦长C，安装角NA—CA44XX系列和NACA23OXX

4、系列航空翼型；专用0。笔者给定的参数：风力机输出功率P=I．5MW．设计风翼型如SERI系列、NREL系列、Ris一A系列以及速v=12m／s。风能利用因数Co=0．42。风力机的机电效率FFA—W系列等也逐渐得到研究。Tangler(美国可再生,q=-q1叩2==o．89(叼1为传动效率，叼2为发电机效率)。能源国家实验室研究员)发现一些传统翼型(如1．1确定叶片直径DNACA23OXX系列)对叶片表面粗糙度十分敏感，即当19=_0．5pv3ACvrl12(1)叶片表面变脏时，翼型的最大升力因

5、数急剧下降。NACA63XXX系列能较大程度地减少表面粗糙度的影(2)响。因而常用来替代NACA230XX。FX—S翼型系列在较大的攻角时。升力因数很稳定，能较好地满足叶尖附式中：A为风轮的扫掠面积，A=~D2／4，rn2；p为空气密近区域(含叶尖)所需的性能要求。度．取1．225kg／m选择翼型时，叶根处一般选用相对较厚的翼型，以将各参数代人式(2)，可得D=70In。承受叶片运行时的应力；叶尖应选用相对较薄的翼型，1-2确定叶片数8和叶尖速比以满足叶片的气动性能要求。根据以上表述，笔者选用通

6、常风轮的叶片数取决于风轮的叶尖速比。国际翼型为NACA63-421。GB／T13981—1992给出了叶尖速比和叶片数的对应关1．4翼型弦长和安装角计算系，见表1。目前用于风力发电的风轮都属于高速风力笔者采用Wils0n设计法，Wils0n设计法是在机，叶尖速比都大于2，尤其是大型风力发电机叶尖速GIauert设计法基础上作了改进，主要增加了对叶片最比都在3～10，甚至更高。考虑到大型叶片的成本、稳定佳性能具有影响的叶梢损失因数和升阻比参数。由动量一叶素理论可得：收稿日期：2015年7月机械制造

7、54卷第617期2016／1学兔兔www.xuetutu.comdC~=sb(1一)FA3dA表2叶片各截面弦长和安装角(3)距离叶根弦长安装角距离叶根弦长安装角0(1一aF)=b(1-a)A(4)位置dmC／m(。)位置dmC／m。)Idrcc。s(e)(5)0．0o1．6ooO．0o2．0o1．6503．05叮T4．5O2．4oo12．oo5．501．5002-39旦二(6)8．002．3508．599．501．3501．872Rsin~b11．5O2．0505．49l3．0o0．7601．

8、851-a1tan~b=一(7)1十。16．001．7204．0418．5O0．0301_308,rrsinZqb17．001．7503．7519．oo1．7803．76：一一(8)r(1--a)coscb、21．501．6oo2．6924．5O1．6502．89=一0[(9)25．501．2501．8227．5O1．24o1．72式中：a为轴向诱导因子；b为周向诱导因子；F为叶梢28．0o0．9601．2529．0o0．9701-35损失因数；R为叶片半径；r为叶素截面到叶根距离；西29．50