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。     

叶片材料特性对风电机组叶轮输出功率的影响

为研究材料的不同对风电机组风轮输出功率的影响,分析了叶片气动力作用下的受力情况,基于1.5MW变桨距风电机组,设计了便于试验的100W叶片模型,利用GH Bladed软件对叶片模型轴向气动力进行数值计算,并通过ANSYS软件对轴向气动力作用下叶片的变形进行仿真,对外形相同材质不同的两套叶片输出功率进行测试。对比分析结果表明,在低风速段叶片的材料密度特性对叶片输出功率影响较为显著,而高风速时叶片的刚度特性是造成两组叶片输出功率不同的主要因素。     

挟沙风对风力发电机叶片冲蚀磨损的数值研究

风力发电机叶片的风沙冲蚀问题是风电机组耐候性研究的重点之一,该文通过数值模拟的方法,基于1.5 MW的叶片,建立相似模型,研究不同沙尘粒径、不同来流风速和不同叶尖攻角等冲蚀条件对叶片的磨损特性及规律。研究表明：叶片受到的磨蚀率随风速增大而增加,在9 m/s风速时冲蚀分布集中于叶根、叶尖附近,随着风速增大冲蚀由叶根向叶片的中后段移动,且冲蚀效果更显著;随着沙粒粒径增大,叶片磨蚀率逐渐增大,且集中在叶根和叶片中前段;风沙冲蚀角度影响叶片表面的冲蚀分布,角度越大,冲蚀分布的面积越大。     

离网型户用风光互补发电系统的匹配

以内蒙古苏尼特右旗安装的一套离网型户用风光互补系统为例对系统的风电机组、光伏发电机组及系统的每月日均发电量进行了测试分析。结果表明,系统在风电机组发电量最低的7、8、9月仍能够保证用户需求,向用户稳定供电,不需再增加光伏组件。系统匹配性能良好,设计合理。     

挟沙风冲蚀实验装置控制系统的设计

风沙对于风力发电机叶片的冲蚀作用亟待研究,但由于模拟风沙环境受限而使研究受限。为此,设计了一套模拟挟沙风冲蚀实验装置的控制系统,该系统以PLC为核心控制器,结合多步进电机控制和人机界面设计开发,实现了3台步进电机的正反转控制以及转速调节控制。该装置中,步进电机带动螺旋推进器转动,实现沙子的输送。实验证明,在不同的转速下,该控制系统能够将沙箱内的沙粒按照设定速度,均匀输送至冲蚀装置的混合加速管中,实现了挟沙风含沙量的控制。     

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;提高风速虽然使叶片气动载荷增大,叶片整体应力增大,但是应力趋势变化不明显;冲蚀程度增大对叶片位移影响较小;提高风速或者提高风轮转速会使叶尖最大位移增大,同时材料密度大的叶片位移更大;在叶片的前3阶模态分析中,冲蚀程度对叶片影响极小,在第8阶模态中,随着冲蚀程度增大,叶片的固有频率逐渐减小.     

叶片非均匀磨蚀特征对风力机气动性能的影响

结合中国西北地区风沙活动频繁的特点,以1.5 MW叶片的缩比模型作为试验用风力机叶片,设计风沙流冲蚀磨损装置,对叶片压力面沿弦向和展向分区域冲蚀。将加装冲蚀后叶片的风电机组进行车载试验,研究叶片分区域非均匀磨蚀特征对气动性能的影响。结果表明：前缘磨蚀叶片在小安装角下总体导致风电机组输出功率减小,气动性能下降,风能利用系数在31.7°安装角下降更明显;展向半冲蚀叶片小安装角时使风力机输出功率和风能利用系数均下降,而安装角增大后出现气动性能提高的积极效应;展向全冲蚀叶片小安装角时体现出积极效应,安装角增大后引起气动性能劣化。     

复合材料叶片极限载荷有限元分析与试验验证

基于复合材料力学和有限元理论,利用ANSYS有限元软件,根据不同部位的实际铺层材料、铺层厚度和铺层角度,建立复合材料风机叶片的有限元模型,对极限载荷作用下的应力和变形进行仿真,并对屈曲稳定性进行仿真.结果表明,设计方案满足极限强度和挠曲变形等要求,并用试验验证其合理性.文中研究对叶片结构设计具有一定参考价值.