叶轮运行时叶片载荷分析

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时间:2018-06-14

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1、叶轮运行时叶片载荷分析1风轮气动载荷分析(分类(上课)确定载荷,随机载荷,重力载荷,惯性载荷)(1)垂直叶轮盘面,稳定均匀流情况下:根据叶素-动量理论,叶片单位长度上的力可以表示为叶轮平面外和平面内力:平面外力:(65)平面外力:(66)其中:为叶尖损失因子,为叶片数目。的方向如图3-1定义。图3-1:叶片负载旋转坐标系定义(从轮毂中心沿叶片轴外指;下风向方向垂直于叶片轴;垂直与主轴和轴)叶片平面外力和平面内力随半径的变化如图3-2所示,可以看出,平面外力近乎线性增长,这种变化趋势对任意机组来说都是一样的。图3-2:叶片平面外和平面内力随半径的变化由叶片平面外力和

2、平面内力可计算出叶片气动弯矩负载,它随半径的变化如图3-3所示,随半径的增加线性减小。图3-3:叶片气动弯矩负载随半径的变化(1)偏斜气流下应用叶素-动量理论,可以得到如图3-4的叶根平面外弯矩和平面内弯矩变化,偏航角度+300。叶片方位角的定义为叶尖朝上为叶片00方位,随着叶片旋转不断变化,(正偏航的定义为侧风吹向叶轮转盘的方向与叶尖朝上(类似时钟指向12点)时的叶片运动方向一致。)从图中两个风速的比较可知,20m/s风速时叶片弯矩接近正弦变化,方位角1800时达到最大。10m/s风速时叶片平面外弯矩在方位角2400时达到最大。图3-4:叶根平面外弯矩和平面内弯

3、矩,偏航角度+300,随叶片方位角的变化。(1)轴仰角下为了避免叶片与塔架碰撞,采用主轴与水平方向有一定夹角办法,增加叶尖与塔架间隙,这种情况下的叶片气动负载变化类似偏斜气流下情况。(2)风切变由于风切变的存在,风速随高度的增加而增加,呈幂指数变化关系,叶根弯矩由于风切变随叶片方位角的变化关系如图3-5所示。可以看出风速10m/s时,变化呈正弦关系,15m/s风速时由于叶片失速,叶根弯矩几乎恒定不变。图3-5:由于风切变,叶根弯矩随叶片方位角的变化关系(1)塔影效果筒形塔架比衍架式塔架塔影效果更严重,气流在塔架处分离,造成速度损失,下风向型机组尤其严重。应用叶素-

4、动量理论,得图3-6,由图中可以看出,当叶片塔筒间隙等于塔架半径时,,低风速段(风速10m/s),叶根平面外弯矩下降厉害;如果增大间隙,会改善一些。高风速段时(风速20m/s),情况会好一些。图3-6:塔影效果引起的叶根弯矩随叶片方位角的变化关系

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