复合材料风力机叶片气动/结构一体化优化设计

基于多学科优化理论,提出复合材料风力机叶片气动/结构一体化优化设计方法。采用多岛遗传算法,以叶片的气动和结构性能为约束、质量为目标,对复合材料风力机叶片进行优化设计。气动性能分析采用叶素动量理论,考虑叶梢损失和轮毂损失。结构分析采用有限元方法对风机叶片三维参数化CAD模型进行分析。算例结果证明了该方法的有效性,对实际的工程设计有较强的参考价值。     

复合材料与风力机叶片

叶片是风力发电设备的关键部件,随着风机容量的大型化,风机叶片也向轻量化、低成本和高性能化发展.阐述了风力机叶片技术的研发趋势,介绍了复合材料叶片设计、材料、制造、试验分析和验证等相关技术,给出了碳纤维在叶片上应用的现状、发展前景和有关叶片的新技术,提出了发展风机叶片技术的相关建议.     

风力机模型叶片结构设计计算

设计了一种用于风洞实验的风力机模型叶片,为了使模型叶片的结构设计达到试验要求,基于传统Wilson方法,考虑叶尖损失和失速状态下动量理论的失效修正,采用改进后的Wilson优化设计方法 ,利用MATLAB优化工具箱计算出各截面的参数,然后针对叶片的受力情况,根据各截面几何参数利用材料力学理论知识对叶片的强度和刚度进行校核,计算得到叶片的总应力、转角和挠度沿叶高的分布曲线。分析表明,叶片的最大总应力、最大转角和最大挠度都远小于叶片材料的许用值。因此,该风力机模型叶片在结构设计、强度和刚度上是满足要求的,为风力机模型的进一步试验研究奠定了基础。     

复合材料风力机叶片铺层参数优化

考虑重力、离心力、气动力作用下的叶片结构性能变化,以5 MW风力机叶片为优化目标,基于经典层合板理论建立风力机叶片优化数学模型,将各层合板界面最大Von＿Mises应力作为优化目标,最大叶尖位移作为优化约束,层合板纤维铺设角度作为优化变量,对比分析3种方案下的叶尖位移、最大应力、Tsai＿Wu失效因子,确定最佳铺层方案。优化后叶尖位移、最大Von＿Mises应力、Tsai＿Wu失效因子明显降低,验证优化方法的有效性。     

基于MATLAB的小型风力机叶片设计

结合Wilson设计方法流程,采用MATLAB语言编程,开发了小型风力机叶片气动设计的应用程序。利用该程序设计了一台10 kW小型水平轴风力机,采用CFD方法对所设计的的模型用FLUENT软件进行单流道分析计算。流场分析结果表明,编制的软件提高了初期设计效率,具有直接形成结构实体的特点,缩短了小型风力机叶片CFD分析前处理时间。     

大型水平轴式风电叶片的结构设计

风电叶片是风力发电设备的关键部件之一,其制造成本占总成本的20%～30%.叶片结构是叶片捕获风能的保证,并直接影响风力发电设备的运行寿命.因此,叶片结构设计的好坏在很大程度上决定了风力发电设备的可靠性和利用风能的成本.文章从材料、结构形式、铺层设计、结构分析等4个方面详细地阐述了风电叶片结构的设计技术.     

兆瓦级水平轴风力机叶片铺层设计参数影响分析

为研究主梁材料及铺层角度对风力机叶片结构特性影响,基于三维建模软件NX二次开发建立风力机叶片几何模型,结合铺层设计并通过CFD方法获取叶片表面压力分布,采用有限元方法对叶片进行结构模态、强度及屈曲分析.结果 表明:碳纤维主梁叶片质量较玻璃钢减轻约8.08％,主梁材料对模态振型影响较小,主梁铺层角度对挥舞方向运动影响更大...     

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。通过点的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750kW水平轴风力机叶片为例,对叶片进行实体建模研究,为后续的叶片的性能分析奠定了很好的基础。     

基于PrO／E二次开发技术的叶片三维参数化自动建模系统的研究与实现

对透平叶片结构特征的参数化建模方法进行了分析,以Pro／TOOLKITyJ开发工具,结合VC＋＋程序语言,成功建立了透平叶片的三维自动化建模系统。以一自带围带叉形动叶的建模为例,进一步描述了该系统实现自动建模的方法和过程。该系统在实际设计的应用表明：采用自动建模方法使得产品的设计周期大大缩短。     

汽轮机叶片量具自动设计研究

提取叶片实体的几何信息并且将扫描法和布尔运算法用于叶片量具的实体建模,使用UG Grip实现建模过程.基于UG OpenAPI和UG Grip混合模式开发了叶片量具自动设计系统.实例证明,应用该系统可极大地提高设计效率.     

10MW风力机叶片设计及其在随机风载荷下的响应分析

对大型风力机柔性叶片的设计方法及其在随机风载荷作用下的动态响应与载荷特性进行了研究。根据风力机叶片空气动力学和结构设计理论,将柔性叶片离散为多个刚体,形成一个多体系统。根据多体动力学的建模方法和叶片气动模型,考虑两者的相互作用,建立了柔性叶片的非线性耦合动力学方程并开发了相应的仿真程序。算例分析了叶片在随机风载荷作用下的气弹载荷与随机振动响应,并对稳定风速和紊流风速下的响应结果作了对比分析。     

复合材料风电叶片检查维护及维修

风电叶片直接承受风载并长期面对各种侵蚀,其状态直接影响风电机组发电效率和使用寿命,风电场运营商和承保保险公司应该认识到,由专业团队定期对叶片进行检查和维护非常必要。复合材料风电叶片有其自身的特点,本文介绍了其检查、维护、损伤鉴定和维修的意义、方法和内容,并展望了装机叶片检查维护的前景。     

基于仿生设计的风力机叶片腹板力学性能分析

借鉴仿生学理论,对比树叶叶脉与风力机叶片腹板,以DTU 10 MW风力机叶片腹板为研究对象,建立了一种非规则仿树叶脉络分布的腹板模型,并采用有限元方法对仿生腹板与原始腹板进行静力学、模态及谐响应分析等力学性能比较。结果表明:仿生腹板较原始腹板更具柔性,吸收更多结构变形能,同时可节省二分之一材料;随着模态阶数升高,两种腹板固有频率差距越来越小;仿生腹板尖端位移、速度及加速度均小于原始腹板,仿生腹板在结构响应方面有较大优势,具有更好的抗共振性能。     

基于不同结构的漂浮式风力机Spar平台静动力学性能研究

为研究不同结构漂浮式风力机平台的静动力学响应,基于UG参数化建模的二次开发,建立了OC3-Hywind-Spar平台三维实体模型,采用有限元方法对所建模型进行模态分析,对比各模型固有频率、最大位移量以及最大应力分布情况,并进一步分析其谐响应规律。研究表明:平台的固有频率远离平台服役时所受载荷的对应频率,不会发生共振;平台附加环向筋与纵骨可以有效地降低平台在其各阶振型中的位移量与应力;附加环向筋与纵骨的平台可更好地避免共振发生,其发生较大共振的频率约0.8 Hz,响应值远小于其它结构平台,表明了附加环向筋与纵骨对平台安全性与稳定性有较大提升。     

碳纤维复合材料在风力发电机叶片中的应用

为了降低风电单位成本,风机功率不断提高,随之叶片长度也不断增加,使碳纤维在风电叶片中的应用成为必然。介绍了碳纤维在风电叶片上应用的优势和不足,以及解决的技术途径。     

风电叶片接闪器腐蚀及其雷电试验研究

风力发电是一种大规模应用新能源,由于设备自身的特点,叶片容易遭受雷击,需安装接闪器进行雷电防护。根据叶片实际运行中遇到的接闪器大气腐蚀问题,研究了大气腐蚀的特点,归纳概括了常用铝合金材质叶片接闪器的腐蚀速率,并对接闪器1000 h盐雾腐蚀后的叶片进行雷电试验,评估接闪器腐蚀后的防雷性能。     

国产300MW汽轮机高中压缸马刀型静叶开发

介绍了马刀型静叶的开发,采用这种叶片可以在很部产生逆压力梯度,从而减少了二次流损失,提高了叶片的气动效率。该机组已在洛河电厂实施,运行结果表明,各项指标都达到了设计目标。     

二缸二排汽超临界空冷600MW汽轮机结构设计

介绍了上海汽轮机有限公司(下简称:STC)设计开发的新型600MW二缸二排汽超临界空冷汽轮机结构特点,通过叙述说明,与三缸机组相比,机组轴向长度缩短近8m,降低了建设投资成本;同时运转层标高仍可为13.7m,与三缸机组相同;机组使用了配合单低压缸的空冷末级长叶片,还使用了低压内缸落地支撑的方式。由此证明,这些创新技术的应用使本机组性能达到了世界先进水平。     

水平轴风力机风轮结构特性综合剪裁

基于静态与动态测试技术,对水平轴风力机风轮的结构特性进行了综合剪裁。在静态结构特性方面,用单点加集中荷载所得数据来综合评定受分布荷载作用的风轮叶片的强度及变形特性。为风轮叶片强度设计提供有效的判据。在动态测试方面,应用ＤＡＳ动态信号分析与故障诊断系统,对水平轴风力机的风轮叶片进行了试验模态分析,通过测量风轮叶片的振动信号,得到了风轮叶片的各阶模态分布,为风力机总机的总体优化设计提供了可靠的依据。