【摘要】： 葉片是風(fēng)力機(jī)的核心部件，如果它發(fā)生不穩(wěn)定的自激振動(dòng)，那么葉片的顫振將會(huì)影響風(fēng)力機(jī)的正常運(yùn)行。本文應(yīng)用Schmitz理論設(shè)計(jì)了—600kW水平軸風(fēng)力機(jī)的葉片，同時(shí)應(yīng)用葉片基元法理論分析了該風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)性能。又從質(zhì)量、剛度、氣動(dòng)力的角度出發(fā)，研究該風(fēng)力機(jī)葉片振動(dòng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 本文把風(fēng)力機(jī)葉片簡(jiǎn)化為懸臂梁，對(duì)梁截面的二維葉型建模，完整推導(dǎo)了二維葉型的線性運(yùn)動(dòng)微分方程和流／構(gòu)耦合條件下系統(tǒng)的氣動(dòng)剛度和氣動(dòng)阻尼，此時(shí)氣動(dòng)載荷與結(jié)構(gòu)的位移矢量以及速度矢量是相互耦合的，再利用系統(tǒng)的特征值來(lái)判斷葉片顫振是否發(fā)生，從而獲得風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定工作范圍。本文采用了《Niedriggeschwindigkeitsprofile》葉型書的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)上述的600kW水平軸風(fēng)力機(jī)葉片進(jìn)行了計(jì)算和討論。其次，通過(guò)用龍格—庫(kù)塔的數(shù)值方法對(duì)微分方程進(jìn)行迭代，所求出的系統(tǒng)各振動(dòng)量變化規(guī)律和上述算例的特征值對(duì)比，結(jié)果是一致的。這就驗(yàn)證了建模的合理性和方程推導(dǎo)的正確性。最后，又對(duì)影響葉片顫振的結(jié)構(gòu)動(dòng)力參數(shù)進(jìn)行了分析。
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號(hào)】：TK83
【圖文】：

了日益增長(zhǎng)的能源需求，又不會(huì)危害環(huán)境帶來(lái)全球氣候?yàn)?zāi)難，已經(jīng)被認(rèn)為是最接近于實(shí)現(xiàn)商用的主要?jiǎng)恿μ峁┱摺Ｔ陲L(fēng)能利用的各種形式中，水平軸風(fēng)力機(jī)是被實(shí)踐證明最有效的轉(zhuǎn)換裝置(如圖2.1所示)，目前已占全部風(fēng)力發(fā)電裝置的97%以上，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。圖2.1中等尺寸的德國(guó)風(fēng)力機(jī)風(fēng)力機(jī)的關(guān)鍵部件是葉片，在投入制造前首先應(yīng)該進(jìn)行氣動(dòng)設(shè)計(jì)，決定風(fēng)輪直徑、葉片數(shù)、葉片各剖面弦長(zhǎng)、厚度、扭角分布及選取剖面翼型。在確定出設(shè)計(jì)葉尖速度比、空氣動(dòng)力外形和攻角之后，利用Sehmltz理論就可以設(shè)計(jì)出所需的風(fēng)力機(jī)參數(shù)。Scbmitz理論考慮了下游由于風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)尾跡而產(chǎn)生的漩渦損失，該理論忽略了葉型損失和氣流繞葉尖的損失。

圖2.11風(fēng)機(jī)葉片弦長(zhǎng)隨半徑的變化曲線對(duì)于給定的設(shè)計(jì)葉尖速度比，從圖2.11可以看出從葉尖到輪毅，弦長(zhǎng)是增加的，同時(shí)葉型將由薄變厚，如圖2.12所示。在實(shí)際葉片的設(shè)計(jì)當(dāng)中，真實(shí)的葉片(如圖2.12所示)和根據(jù)Schmitz理論設(shè)計(jì)出來(lái)的模型還是有區(qū)別的，特別是靠近輪毅的部位，考慮到葉根處剖面對(duì)風(fēng)輪輸出功率貢獻(xiàn)不大，故可適當(dāng)減小此處剖面的弦長(zhǎng)和扭角，以降低葉片重量和成型難度。生產(chǎn)商鑒于成本問(wèn)題，也可能采用其它工藝和造價(jià)相對(duì)較低的葉片設(shè)計(jì)方法，不過(guò)風(fēng)機(jī)的效率將明顯低于Sehnlltz理論的設(shè)計(jì)結(jié)果。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和生產(chǎn)當(dāng)中的實(shí)際問(wèn)題是葉片設(shè)計(jì)需考慮的重點(diǎn)。

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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本文編號(hào)：2721729