风力机叶片缺陷的红外热像图像增强

针对风力机叶片的玻璃纤维复合材料的特殊性,使用红外持续热激励无损检测技术,同时用傅里叶变换与对比度受限自适应直方图均衡化(CLAHE)对红外图像进行增强处理。先对连续多幅红外热像图组成的温度序列进行快速傅里叶变换,提取出相位信息,得到相位图;在此基础上,挑选效果最好的一张相位图,对其进行CLAHE算法处理,以提高图像的全局对比度。结果表明:经过增强处理,红外图像的对比度信噪比(CNR)高于其他传统方法的,说明该处理方法有效,同时通过对现场采集的风机叶片红外图像的验证试验,验证了此方法的有效性与准确性,极大地提高了风力机叶片的红外热成像缺陷的识别能力。     

前缘磨蚀对风力机叶片材料特性影响的数值研究

为探究风沙环境下前缘受损风力发电机叶片的载荷变化,基于有限元法对受损叶片进行数值模拟,研究不同载荷、不同冲蚀程度以及不同材料对叶片的应力、位移、固有频率的影响.结果表明:当冲蚀程度在0 mm×0 mm至1 mm×1 mm之间,冲蚀的深度和厚度对叶片应力的影响较小;叶片材料密度增大,风轮的转速增高,对叶片的应力影响较大;...     

风力机叶片疲劳寿命研究概述

提升风力发电机组叶片的抗疲劳性能对风电机组的长寿命服役与可靠性运行具有重要意义,已成为当前的研究热点。本文较全面地综述了风力发电机叶片的抗疲劳技术相关研究,总结了叶片疲劳载荷的计算方法,分析了影响叶片疲劳性能的各种因素,介绍了叶片疲劳探伤技术,阐述了叶片寿命预测和叶片优化设计的相关研究进展。叶片疲劳载荷分析是评估风力机叶片疲劳失效的重要手段,该分析能为制定针对性的维护计划和改进设计提供关键依据;叶片材料、褶皱、外界环境等因素对叶片抗疲劳性能的影响巨大;叶片疲劳探伤技术在叶片健康监测和维护中起着至关重要的作用;基于Palmgren-Miner线性理论的疲劳寿命预测可有效提高叶片的可靠性;通过采用先进的设计方法和结构改进,可以降低叶片的疲劳应力,提高叶片的强度和使用寿命。

     

风力机叶片优化设计方法的研究

基于叶素动量理论,以各叶素的风能利用系数最大为优化目标,利用MATLAB优化工具箱对200 kW水平轴风力机叶片进行编程并求解。并借助MATLAB中的polyfit函数分别采用三阶和五阶多项式对叶片弦长和安装角进行拟合,得出整个叶片的气动外形。进行了气动性能及载荷计算,得出各叶素剖面上的空气动力载荷。取叶片上一微段,利用ANSYS的参数化建模及优化功能对叶片蒙皮、主梁和腹板的厚度进行优化设计,使叶片在满足强度要求的条件下质量最轻。结果表明:优化后质量较原来有所减少,降低了成本,为进一步研究提供了参考。     

风力机叶片结构设计与数值模拟

采用CFD技术对NACA0018型、NACA63A010型、NACA4412型、NACA23012型4种代表性翼型进行仿真分析,得出其单叶片翼型的压力场、速度场、升力系数和阻力系数变化情况,并对仿真过程中得到的曲线进行分析,得到4种翼型在不同风速工况下的气动特性因数。采用4种翼型中气动性能最优的NACA0018翼型,作为风力机叶片的截面翼型,借助MATLAB和SolidWorks软件完成风力机叶片结构建模。     

基于流固耦合的风力机叶片疲劳破坏分析

流固耦合条件下风力机的叶片应力分析对大型风力机的疲劳破坏分析具有重要意义。本文以1.5 MW风力机叶片作为研究对象,基于计算流体力学(CFD)和Ansys Workbench仿真分析开展风力机叶片气动力性能的流固耦合分析,以风力机叶片空气动力载荷、旋转惯性载荷作为主要载荷与结构变形的流固耦合交界面的载荷数据传递问题。结果表明,从弦长最大处到靠近叶尖1/3位置处,叶片后缘处应力呈增长趋势,在靠近叶根处出现应力集中现象,最大应力达到了5.6 MPa,容易出现裂纹损伤,与风力机现实运行中出现的断裂部位接近。证明本文所采用的分析方法的合理性。     

风力机叶片涂层冲蚀磨损实验装置的设计

风力发电机叶片在风沙环境中运行时会受到挟沙风的冲蚀,导致叶片表面涂层损毁并且降低叶片使用寿命,同时也增加叶片的维护成本。为了探究风力机叶片受挟沙风冲蚀磨损情况,研制一种涂层冲蚀磨损实验装置,该实验装置以压缩空气为动力,通过压缩空气气管接通气源。压缩空气在冲蚀管中建立工作压力,在冲蚀管内完成沙料和压缩空气充分混合,形成高速运动的挟沙风;再利用PLC控制步进电动机转速,通过螺旋推进器进行输沙率控制,由冲蚀管喷嘴喷出,喷射到风力机叶片模型表面对其进行冲蚀磨损实验。该冲蚀装置可实现多种冲击风速、携沙量、冲击角度的多工况磨损实验,能够提供较为精确的实验数据。     

大型风力机复杂叶片机器人自动喷涂路径规划

为缩短传统叶片制造过程中喷涂工艺所花的时间,设计一种单导轨双悬臂式单枪喷涂机器人,并制定一种针对大型复杂风力机叶片进行机器人自动喷涂的方案。先建立所喷涂叶片的三维模型,然后通过喷涂工艺参数和模型曲面外形特征来设计喷涂轨迹,再从轨迹线条中提取能够表示关键特征的三维坐标点数据,接着采用D-H参数对喷涂机器人进行建模,求取了运动正、逆解,从而把笛卡尔坐标系下的三维坐标转化为机器人关节参数。最后在此基础上通过RobotStudio软件进行仿真实验,验证喷涂工作是否顺利完成、所截取的插补点位、轨迹间隔是否合理,为大型叶片自动喷涂装置的研制提供参考。     

薄细长细晶叶片冶金缺陷影响因素研究

通过对薄细长细晶低压涡轮工作叶片浇冒系统、型壳预热温度、型壳保温方式和浇注温度的调整,研究了铸造工艺参数及浇冒系统对铸件浇不足、冷隔、晶粒度及缩松缺陷的影响。结果表明,采用填砂或保温毡包裹进行型壳保温,对叶片晶粒粗大、浇不足、冷隔和缩松等缺陷的影响相同。当型壳预热温度高于1 150℃时,导致细长叶片晶粒粗大;而当型壳预热温度为1 100℃,浇注温度为1 450℃时,容易出现浇不足和冷隔。当型壳预热温度为1 100℃,浇注温度为1 500℃时,能够有效避免冷隔、浇不足、晶粒粗大等缺陷,同时,通过浇冒系统改进,能够解决薄壁细长叶片缩松问题。     

铌基叶片材料的初步研究

Ⅰ:前言随着航空工业的迅速发展,对发动机涡轮叶片材料提出越来越高的要求。目前常用的涡轮叶片材料是镍基高温合金。由于受到熔点的限制,镍基合金的进一步发展将会遇到很大困难。铌的熔点比镍高的多,在高温下具有良好的强度,在低温又有良好的塑性,做为新的涡轮叶片材料的可能性很大。近年来工业发达的国家在这方面的研究相当     

异形汽轮机叶片高温应变演化及实验研究

针对1Cr12Ni2W1Mo1V异形汽轮机叶片,通过热模拟实验获得了该材料的真应力-真应变曲线。建立了该材料的双曲正弦本构关系方程。揭示了其高温变形力学行为和流动应力变化的微观机理。对不同温度、不同变形程度和不同应变速率条件下试样的组织进行了观察。结果表明:随着变形温度的升高,材料的变形抗力减小,应力应变曲线趋于平缓;随着应变速率的提高,材料的变形抗力增大,峰值应变增加;晶粒截距和马氏体宽度都随着温度的升高而增大,随着应变速率和应变的增大而减小。     

风力机叶片覆冰翼型气动性能的数值模拟

以某1.5 MW风机叶片S818翼型为研究对象,建立了翼型流场有限元分析模型。采用基于Reynolds平均的Navier Stokes不可压缩粘性方程作为流动控制方程,对无冰翼型、霜冰、弦长冰及角冰翼型进行数值模拟分析,得到了-2°-20°攻角下不同厚度叶片翼型的升阻比、速度矢量和表面压力分布。研究结果表明：覆冰越厚,翼型的最大升阻比降幅越大。对于弦长冰和角冰在厚度达到一定值时,使得升阻比损失产生较大的突变。在覆冰厚度都为10 mm时,角冰的最大升阻比减幅最大,达到22.04%;其次是弦长冰为11.97%,霜冰的最小为6.41%。同时结冰后的翼型会提前进入失速区,导致桨叶气动性能恶化,降低了风机的功率系数。     

风电叶片材料的研制

利用环氧树脂和增强材料玻璃纤维、碳纤维手糊成型复合材料.测试了复合材料的拉伸强度和抗腐蚀性能.实验及测试结果表明,碳纤维复合材料的力学性能优于玻璃纤维的力学性能,且双向90°碳纤维铺层的拉伸强度最好.采用手工成型.的复合材料能较好地适合盐液腐蚀较多而酸碱性物质较少的地区.     

风力机叶片内侧翼型综合改型对翼型气动性能影响

针对风力机叶片内侧翼型,研究其改型前后的气动性能,揭示在叶片内侧相对厚度、相对弯度、尾缘厚度综合改进翼型的规律。通过Profili和Matlab软件对翼型相对厚度、相对弯度和尾缘厚度参数化处理,用Profili和Fluent软件数值模拟,对比原始翼型和改进翼型升阻力系数、升阻比及翼型表面压强和速度分布。结果表明:综合改进翼型不能单纯将相对厚度、相对弯度、尾缘厚度按各自最佳综合改进,需进一步研究综合改进翼型方法;在叶片内侧保证结构强度的前提下,按相对弯度在最佳的基础上增大1%弦长左右,尾缘厚度在最佳的基础上减小2%弦长左右,改进后的翼型气动性能较好。研究结论可供风力机叶片翼型设计和改型量化参考。     

航空发动机涡轮叶片缺陷弱磁检测方法研究

针对航空发动机涡轮叶片边缘裂纹缺陷难以进行检测的难题,提出了一种基于弱磁检测技术缺陷判定方法的新算法.首先从理论上分析了弱磁检测技术对涡轮叶片边缘裂纹缺陷检测的可行性,其次,为减少检测提离高度设计了扫查工装并在地磁场环境下对人工刻伤的涡轮叶片进行弱磁检测,最后通过磁梯度法与极值法相结合的方法对原始信号进行数据处理,提取...     

I级涡轮叶片线性缺陷分析

发动机在工厂试车考核后分解检查时,发现其中一件I级涡轮叶片表面有线性荧光显示。通过金相、扫描电镜等手段,对失效叶片进行断口形貌观察、组织及成分分析,并与同种材料金相光面、冲击断面的表面氧化形貌进行对比,确定线性缺陷的性质及产生原因。结果表明:线性缺陷是由富含Ti、Mo碳化物的膜状缺陷导致的开裂,起因是在浇铸过程中合金液表面发生翻动或飞溅挂壁时形成氧化物薄膜,在后续时效过程中沿氧化物薄膜析出该膜状碳化物;膜状缺陷开裂后经过长时间高温氧化,在开裂面形成由Ni、Co的氧化物为主的外氧化层和由Cr、Al、Ti的氧化物为主的内氧化层组成的双层复合氧化膜。在生产过程中,可采用过滤网、提高真空度、保持平稳浇注来避免此类缺陷的产生。     

透平机械新型叶片材料表面强化处理研究

为了比较新型双金属、渗氮、喷涂Al₂O₃、喷涂Ni-Al、SERMETEL-W涂层等5种表面处理强化方法的强化效果,分别对1Cr11Ni3W2MoVNb、1Cr11Ni2W2MoV、2Cr13等材质叶片试样采用上述5种强化方式进行处理,然后进行吹砂试验及盐雾试验,研究透平机械新型叶片材料的耐腐蚀性及耐冲蚀性能。结果表明,1Cr11Ni3W2MoVNb新型叶片材料与传统的2Cr13、1Cr11Ni2W2MoV叶片材料相比,具有更优的耐冲蚀性及耐腐蚀性能。采用新型双金属强化工艺处理的叶片,具有最佳的耐腐蚀性以及较好的抗冲刷能力。     

一种基于设计意图识别的风力机叶片逆向建模方法

翼型是风力机叶片的基本单元,对叶片性能有决定性作用。针对叶片结构的逆向建模和再设计研究,提出一种将翼型提取和设计意图结合到叶片逆向建模的方法。使用激光扫描仪提取叶片模型,在Geomagic Design X软件中处理叶片模型,通过叶片模型的坐标系对齐和截面轮廓的几何特征提取,测量出叶片厚度和弦长等参数,从而推导出叶片截面轮廓线的翼型型号。之后使用该翼型曲线表达式计算得出轮廓曲线经过的关键点,并以关键点位置为约束拟合得到叶片截面轮廓线,并建立其实体模型。通过体偏差检测可得,该方法能在满足公差要求的条件下,获得符合翼型特征与正向设计意图的CAD模型,验证了方法的可行性。     

基于拓扑优化的结构参数对风力机叶片性能影响分析

目前大型风力机叶片拓扑优化与结构参数设计相互脱节,导致拓扑优化结果不能很好地指导叶片结构参数设计。针对这一问题,以Sandia 5 MW叶片作为研究对象,采用拓扑优化方法寻找多工况作用下叶片的最佳材料分布。提取叶片主梁宽度、主梁偏移和腹板偏移角（主梁错位角）3个主要结构参数,分析各参数对叶片性能的影响。结果表明：主梁在距叶根约1/3处最宽,然后沿着叶片长度逐渐减小;5°左右腹板偏移角可提升叶片整体一阶固有频率及叶片位移性能;同时叶片一阶固有频率主要受襟翼方向的刚度影响。     

大型风力机叶片在三维湍流下的载荷分析与计算

风力机叶片载荷的分析和计算是叶片结构设计的重要依据,也是整个机组设计过程中的关键和基础性工作之一。在叶片坐标系下,分析了1.5 MW风力机叶片的主要载荷并介绍了载荷的计算方法;应用Bladed软件将得到的湍流风文件加载到风力机叶片模型上,采用Improved von Karman湍流模型,分析叶片在正常风工况及极端湍流风况下的载荷情况,为叶片的结构设计及强度校核提供参考。