风力发电机叶片的动力特性分析.pdf

2010年12月
机床与液压
第38卷第23期
MACHINE TOOL& HYDRAULICS
Vo.38 No 23
DOI:10.3969/ J. Issn.1001-3881.2010.23.031
风力发电机叶片的动力特性分析
陈海萍,孙文磊
(新疆大学机槭工程学院,新疊乌鲁木齐830008
摘要:对750kW水平轴风力发电机叶片在风、重力和离心力的耦合作用下的动力特性进行仿真分析。根据选定的満
流模型,并将自然流风视作黏性不可压缩的定常流,同时把风机叶片作柔性体处理,模拟得出风轮面的流线图和任一时刻
的风机叶片全局力学性能数据。对仿真结果进行分析,得出风力发电机叶片的受力、变形分布形态和规律,为风机叶片进
步的失效分析和结构优化设计提供依据和参考。
关键词:风力发电机叶片;数值仿真;流固耦合;动力特性
中图分类号:TB126文献标识码:A文章编号:1001-3881(2010)23-101-4
Dynamic Analysis of Wind Generators Blade
CHEN Haiping, SUN Wenlei
(Collage of Mechanical Engineering, Xinjiang University, Urum Xinjiang 830008, China)
Abstract: The dynamic simulations of the blades of 750 kw horizontal axis wind generator were carried out in the coupling of
wind, gravity and centrifugal force Based on the selected turbulence model, considering the natural flow of air as a viscous ncom-
pressible steady flow, taking the fan blades as flexible body, the flowing line graph of wind wheel surface and the overall mechanical
performance data at any moment were simulated, Analyzing the simulation results, the deformation distribution patterns and rules of
the fan blades are obtained, which provide reference for the further failure analysis and structural optimization design of fan blade
Keywords Blade of the wind generator; Numerical simulation; Fluid-solid coupling; Dynamic property
风力发电机是目前能较好利用风能的常用设备,
(1)空气动力载荷;
而风力发电机叶片(以下简称风机叶片)是风力发
(2)重力载荷;
电机的关键部件,其性能好坏直接影响整机运行的效
(3)惯性载荷,包括离心力和科氏力
率和稳定性。同时它又是受力最复杂的部件,其展向
(4)操纵载荷;
长、弦向短,柔性较好,是一个容易发生变形的细长
(5)其他载荷,如温度载荷和结冰载荷等。
弹性体。为了能使其很好地工作、延长其寿命就得先
作者主要研究空气动力、重力和离心力对叶片的
了解其各部位的受力和变形情况。
影响。
作者应用数值仿真的方法,对风机叶片的动裁荷
1正常运转中空气动力载荷
进行耦合模拟分析,得出风机叶片的应力应变和变形
作用在风机叶片上的气动力是风电机组最主要的
量分布,以及对轮毂的作用力和扭矩。找出其最大应动力来源,风机叶片是风电机组最主要的承载部件。
力、应变和变形发生部位,为以后的断裂分析提供数叶片上的空气动力载荷主要依据叶素理论和动量理论
据参考,并对风机叶片的结构改进和轮毂分析提供了进行计算,根据这两个理论可以得到如下变量。
一定的参考数据。
(1)气动力剪力
1风机叶片的载荷
目前,国际上很多规范、标准对叶片载荷作了详
细的规定,如国际电工协会制定的IEC61400-1标准、
德国船级社制定的CL规范和丹麦的DS472标准。其式中:R为风轮半径;r为叶根半径;9,为叶片上单
中应用最广泛的是IEC61400-1标准和CL标准。
位长度翼形截的气动力。
根据EC61400-1标准,风电机组上的载荷分类
(2)气动力弯矩
主要包括1-2:
收日期:2009-11-04
甚金项目:国家自然科学基金项目(50765007);新疆科技攻关项目(200932118)
作者简介:陈海萍(1977-),女,硬土研究生,研究方向为CAD/CAM及先进制造技术。通信作者:孙文磊,E-mail
sunwenxj@163.como