基于ANSYS的风力机风轮叶片动力学特性研究

针对20 kW风力机的风轮叶片,采用ANSYS软件进行有限元分析,得到了风力机风轮叶片上不同阶次的振动频率,为风力机运行参数提供了安全方面的理论基础.     

1 MW风机叶片结构分析

根据Willson理论设计出1台1 MW变桨距型风力机叶片的气动性能参数,并利用有限元分析软件ANSYS所提供的壳单元对风机叶片进行结构分析。针对复合材料层间应力低的特点,预测出风机叶片的破坏风速和破坏位置,为设计复合材料的风力机叶片提供了一种比较简单的方法。     

展向翼型分布对风力机性能的影响研究

风力机叶片是由其展向不同位置且相对厚度不同的翼型积迭而成,展向翼型的分布影响风力机叶片的性能。为此,本文选取 8 种相对厚度不同的 NACA24 系列翼型,在考虑叶尖和轮毂损失的情况下,基于 MATLAB 程序计算各段的弦长扭角,利用 Qblade 软件模拟三种不同额定功率（300W、1.5MW、5MW）的水平轴风力机叶片,旨在研究不同额定功率下,展向翼型分布对风力机性能的影响。结果表明：随着风力机叶片展向翼型数量的增加,相同额定功率下,风力机叶片输出功率的数值逐渐增大,输出功率的增量逐渐减小;不同额定功率下,风力机展向翼型数量的增量相同时,随着额定功率的增大,输出功率的增加值占比逐渐减小。研究可为风力机叶片设计理论的发展提供借鉴。     

水平轴风力机叶片的实体建模研究

风轮叶片是将风能转化为机械能的核心部件,其叶片翼型属于复杂的三维空间翼型。通过点坐标的几何变换理论,利用通用的数据处理软件EXCEL求解叶片各截面在空间实际位置的三维坐标,并基于UG的三维造型功能,以750 kW水平轴风力机叶片为例,对叶片进行实体建模研究,为后续叶片的性能分析奠定了很好的基础。     

基于流固耦合的风力机叶片结构稳定性分析

针对叶片在气动载荷下出现局部屈曲现象,建立了大型复合材料风力机叶片有限元壳体模型,主要研究了叶片结构在流场作用下的稳定性。基于流固耦合方法,借助CFD软件计算得到叶片表面的分布压力,将计算结果导入到叶片结构计算的有限元壳体模型,以此为载荷对叶片进行了屈曲分析。以1.5MW复合材料风力机叶片为例的计算结果表明:复合材料抗压性能较抗拉性能弱,叶片背风面受到压缩载荷,局部屈曲主要出现在叶片背风面,叶根向叶中发展的后缘区位于几何突变区,结构设计较为薄弱,需增加该区域铺层材料的厚度。     

基于流固耦合的垂直轴风机受力分析

为了通过流固耦合分析,探讨风机建筑一体化中垂直轴风力机叶片和主轴的受力情况,结合实际工程,在结构分析软件ANSYS Workbench[l1]中运用单向流固耦合的方法分别对风速是10m/s和50m/s时的风机叶片和主轴的静应力进行了计算分析和比较。结果表明:各种工况下,风力机叶片的最大静应力出现在叶片与主轴连接处,风力发电机叶片和主轴的最大静应力随着风速的增加而变大。静应力最高值远小于材料的屈服极限,所以静应力不会使风机叶片和主轴结构产生破坏。叶片与主轴的连接处都出现了应力集中现象,为了防止疲劳破坏,可以适当地加厚叶片和主轴连接处的厚度。     

基于流固耦合的农用风力机叶片应力及振动仿真研究

以农田水利工程使用的额定功率为1 000 W的小型水平轴风力提水机叶片作为研究对象,对叶片强度进行了单向流固耦合数值模拟,得到了叶片多种工况下的受力变形规律。基于流场计算结果,对叶片进行了预应力模态分析和无预应力模态分析,得到了叶片前6阶振型和不同工况下的固有频率。结果表明:叶根部位存在局部应力集中,风力机叶片静应力随风速增大有不同程度的增大,且最大静应力远小于许用应力,不足以使叶片产生裂纹。预应力作用使叶片固有频率有所增加,随风速增大影响越大,尤其对低阶频率影响更加明显,对叶片进行振动分析应进行考虑。     

不同叶片数的风力机绕流场的非定常流数值模拟

该文基于OpenFOAM自由软件包,采用任意网格界面元方法(Arbitrary Mesh Interface Method)对两叶片和三叶片风力机风轮周围流场进行了非定常数值模拟和分析。计算采用非结构化网格和k-?SST湍流模型,分析了多种工况下两叶片和三叶片风力机风轮的气动性能的特点和差异,并计算风力机的轴向推力、扭转力矩、叶片表面压力分布和尾涡等气动力性能参数。该文计算得到的结果可为风力机叶片进行结构有限元分析时,提供重要的风载荷数据,为风力机叶片的设计、改型和研发工作提供详细技术参数。     

新疆风力机叶片覆冰风险评估探究

针对近些年风力机叶片覆冰事故逐渐增多的情况,依据系统工程理论,探究新疆风力机叶片覆冰风险,分析风力机系统中叶片覆冰风险影响因素,建立叶片覆冰风险评估体系。利用G1法计算准则层与指标层两级评估指标权重,并对叶片覆冰风险因素进行模糊评估,构建模糊三维风险矩阵评估模型。通过对新疆某风电场风力机叶片覆冰风险验证,证明该模型具有一定应用价值,能为有效评估风力机叶片覆冰风险提供理论依据。     

新型叶片调节机构在江都三站改造工程中的应用

介绍了新型全液压水泵叶片调节机构在南水北调江都三站改造工程中的具体应用,分析了新型叶片调节机构的组成、结构和原理,与改造前叶片调节机构相比较,具有诸多优点,提出了新型叶片调节机构维护要点。应用结果表明：新型叶片调节机构运行稳定、安全、可靠,对从事泵站设计、改造、运行、管理的人员具有一定的参考价值。     

水平轴风机叶片截面与二维翼型的数值模拟

基于叶素理论和Wilson设计方法,参考设定的风力机性能参数,来设计水平轴风机叶片。利用CFD计算流体软件Fluent,对风轮流场实施三维数值模拟;同时,取叶片中3个展向截面,对相应的翼型开展二维数值模拟与研究。通过对比叶片截面和对应翼型附近的流场,发现其间的气动性能存在着一些差异。这一结果可以为三维叶片的设计及优化,提供一定的理论判据。      

新型风力机——空压泵远距离扬水系统

主要应用领域:农田水利、人畜用水、果园菜园浇灌、水产养殖等。技术简介:该设备主要由风力压缩机、叶片、风向尾、扬水机、立杆等部件组成,利用风能使叶片旋转带动风力机空压泵产生压缩     

海上浮式风力机叶片气动性能的数值模拟

该文采用滑移网格的方法,基于Open FOAM的瞬态求解器pimple Dy MFoam对OC4中的大型海上浮式风力机NREL 5MW叶片的气动性能进行了数值模拟。分别计算了不同风速(5 m/s、8 m/s和11 m/s)下风力机叶片的推力和扭矩,求得了叶片表面的极限流线分布、尾涡分布以及叶片表面不同截面处的压力系数分布。并将计算的结果与NREL的结果进行了对比分析,研究了不同风速下浮式风力机的受力及尾流场变化情况,可为今后大型海上风力机的设计与优化提供相关参考。     

奇特的风力发电机

新西兰不久前建造了一台新型的风力机。它的外观远远看去,就像在密立的支架底座上横放了一个巨大的“喇叭”。这奇特的“喇”是风力机叶片的外壳,是采用美国航天工业研究开发的扩散体技术研制而成的扩散体环罩。扩散口(“喇叭” 口)设计在转子一方,作用如同机翼,     

风力机叶片气动性能设计研究

在风力机组叶片的设计参数中,弦长、扭角和主要翼型沿叶片展向的安放位置对叶片的气动性能有着极其重要的影响。基于动量叶素理论,考虑叶片损失、推力修正和叶片厚度、宽度对叶素攻角的改变等因素,编写了风力机气动性能计算程序。发展了基于遗传算法,以叶片弦长、扭角和主要翼型沿叶片展向安放位置作为变量,以风能资源利用系数最大化为目标的风力机叶片气动性能设计方法。并给出算例,得到一种风能利用系数为0.480 7的风力机叶片,证明了该方法的可行性。     

带有缺陷的轴流水轮机叶片的动力特性分析

流体交变载荷产生的动应力是水轮机叶片产生裂纹的重要因素,严重影响了电站的安全生产和机组的稳定运行.本文通过加载交变动应力的瞬态强度分析,研究了缺陷叶片的动应力幅值及缺陷位置处的应力集中现象,量化出缺陷叶片在缺陷处的应力集中数值.本文在对比正常叶片和缺陷叶片之间存在的固有频率差异前提下,通过CFD数值计算和FEM强度分析,获得了两种叶片出现最大动应力时刻的危险点,并对比了它们动应力幅值差异.     

三峡电站水轮机转轮叶片的加工

对三峡电站水轮机转轮叶片的数控加工工艺进行了详细的描述,主要有：（1）巨型叶片测量立式划线平台的设计;（2）网格状无底板式新型铣胎的研制;（3）叶片加工过程中变形的控制;（4）分片加工程序的编制;（5）各种加工参数的确定。在实际中应用效果很好,可以在其他机组叶片加工中推广应用。     

新型高效风力提水装置风洞实验

为了解决传统风力提水机存在的多叶片大实度、风能利用系数低下、生产成本高等问题,对所设计的具有低实度、高气动性能的新型高效风力提水装置进行实验研究。推导了适用于风力机的相似理论,建立新型风力提水装置的物理模型,在河海大学风洞实验室中进行吹风实验,测量了额定工况下风轮的风能利用系数以及不同工况下装置的流量,并绘制流量特性曲线。实验结果表明,装置在2.8m/s微风下能够起动,在额定工况下风能利用系数可达0.43以上,达到设计要求,在设计扬程下风力机与水泵匹配性能最好,效率达到最大。     

转轮叶片裂纹产生原因及处理措施

水轮机转轮的叶片裂纹一直是困扰水电厂的一个难题.通过对转轮叶片裂纹产生的原因进行分析,制定出合适的焊接工艺,并提出一些预防措施.     

基于UG的混流式水轮机叶片的实体建模

对混流式水轮机中的转轮叶片进行了实体建模研究.基于UG曲面处理,从叶片木模图提供的数据出发,采用NURBS方法对混流式水轮机叶片进行几何造型,为叶片精密加工提供了数字化模型,并为提供叶片加工精度和加工质量奠定了基础.