【摘要】：風(fēng)能作為綠色可再生能源,已受到世界各國的廣泛重視。葉片作為風(fēng)電機(jī)組的核心部件,其設(shè)計(jì)理論和制造技術(shù)被視為風(fēng)電機(jī)組研發(fā)的關(guān)鍵。目前,國內(nèi)有關(guān)葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究仍然面臨巨大挑戰(zhàn),深入開展相關(guān)基礎(chǔ)理論與技術(shù)研究,對(duì)盡快掌握風(fēng)電機(jī)組核心技術(shù),提高自主創(chuàng)新能力具有重要意義。在此背景下,論文針對(duì)風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及其關(guān)鍵技術(shù)展開研究。 基于現(xiàn)有風(fēng)電葉片設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論,論文分析了葉片氣動(dòng)參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)的構(gòu)成,探討了相關(guān)坐標(biāo)系的定義以及氣動(dòng)設(shè)計(jì)的常用方法。通過風(fēng)電葉片構(gòu)造分析,比較了強(qiáng)主梁葉片和弱主梁葉片的構(gòu)造特點(diǎn),分析了不同葉片承載結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)區(qū)別。研究了復(fù)合材料經(jīng)典層合板強(qiáng)度理論、基于梁理論的等代設(shè)計(jì)方法在葉片承載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。 論文基于風(fēng)特性的分析,給出了一種用于小尺度條件下風(fēng)速、風(fēng)向和湍流強(qiáng)度計(jì)算的脈動(dòng)風(fēng)工程計(jì)算模型,該模型可用于隨機(jī)氣動(dòng)載荷的計(jì)算分析。對(duì)主要載荷計(jì)算方法、風(fēng)況描述模型和機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行探討,分析了機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)與外部風(fēng)況的組合條件,確定了載荷計(jì)算所需最少設(shè)計(jì)工況。研究了風(fēng)電葉片載荷時(shí)序仿真計(jì)算方法,采用統(tǒng)計(jì)外推法及Gumbel分布模型對(duì)含有隨機(jī)成分的最大載荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,給出了葉片極限載荷計(jì)算方法。 綜合運(yùn)用復(fù)合材料經(jīng)典層合板理論、基于梁理論的等代設(shè)計(jì)方法,建立了葉片主要承載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,并編制驗(yàn)證程序,進(jìn)行實(shí)例計(jì)算,驗(yàn)證了方法的有效性。計(jì)算結(jié)果表明,采用復(fù)合材料經(jīng)典層合板理論設(shè)計(jì)葉片結(jié)構(gòu)鋪層和采用基于梁理論的等代方法計(jì)算葉片層合板厚度都是可行的。通過對(duì)比分析,基于梁理論的等代設(shè)計(jì)方法更為簡便,可為復(fù)合材料鋪層計(jì)算提供依據(jù),其中采用剛度條件的設(shè)計(jì)結(jié)果更為接近實(shí)際葉片,說明剛度在大型風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是關(guān)鍵約束。 針對(duì)以往葉片氣動(dòng)與結(jié)構(gòu)獨(dú)立設(shè)計(jì)的問題,論文分析了厚度、實(shí)度和扭角等參數(shù)對(duì)葉片氣動(dòng)和結(jié)構(gòu)性能的綜合影響,給出了翼型沿葉片展向合理分布的氣動(dòng)結(jié)構(gòu)平衡設(shè)計(jì)方法。該方法提出結(jié)構(gòu)系數(shù)κ的概念,將大型風(fēng)電葉片分為側(cè)重結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的內(nèi)圈與側(cè)重氣動(dòng)性能的外圈,內(nèi)圈采用鈍后緣翼型以提高葉片結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度,外圈采用薄翼型以提高氣動(dòng)性能,合理解決了氣動(dòng)性能與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的矛盾。研究了葉片變槳中心位置設(shè)計(jì)方法,通過對(duì)扭矩載荷的分析,給出了葉片截面變槳中心與重心重合的設(shè)計(jì)方案,有利于減小葉片運(yùn)行過程中的扭矩載荷。
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)（北京）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TK83

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 張健美;大型風(fēng)電機(jī)組葉片鋪層設(shè)計(jì)及有限元數(shù)值模擬研究[D];華北電力大學(xué);2012年

2 張春開;一種新型高效的風(fēng)力機(jī)葉片的設(shè)計(jì)研究[D];西華大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2778082