大型风力机的研究

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1、LargewindmachineresearchCandidateZhouKaiSupervisorProfessorZhouLiqunCollegeSchoolofMechanicalEngineeringProgramMechanicalManufacturingandAutomationSpecializationDigitalDesignandManufacturingDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune,2012湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下

2、独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导

3、师签名：日期：年月日摘要随着人类对能源需求的日益增大，对无污染、可再生、低成本能源的开发和研究越来越重视。风力发电作为一种由新型的清洁能源，在最近二十年飞速发展。叶片作为风力机的关键部件，其工作环境伴随着各种风沙磨损、雷电以及紫外线照射等因素，使得叶片的性能逐渐降低，影响风力机的发电效率，因此对叶片的疲劳分析至关重要的，估算出叶片满足工作环境的疲劳极限寿命也是研究的重点。本文以2MW的风力机为研究对象，采用广东南澳风电场数据对风力机叶片进行设计，运用翼型软件Profili和UG软件进行叶片的3D建模，使用有限元分析软件ANSYSWorkbench对不同风速下的风力机进行流场分析

4、，计算出在湍流风作用时叶片各处的压力分布，得到工况下的叶片载荷。然后对叶片进行应力分析，最后通过风场的数据计算出应力循环百分比和疲劳破坏的总循环数，根据复合材料的S-N曲线以及运用Palmgren-Miner准则估算出叶片的疲劳极限寿命，得到的结论如下：(1)在叶片的迎风面，都为正压力，并且叶片的风压分布在叶尖部位比较明显，且数值比较大，依次向叶根部位变小；叶片的背风面负压分布比较明显，并且由于受到风轮旋转的影响，导致叶尖部位负压数值最大，另外受叶片的结构影响，压力分布并不均衡。(2)风力机叶片在叶根部的变形最小，并且从叶根至叶尖，变形越来越大，在叶尖部的变形达到最大。通过复合

5、翼型和单一翼型叶片的变形结果对比可以发现，复合翼型叶片的变形量明显少于单一翼型叶片，所以在选择叶片翼型的时候，叶根部所选择的翼型尽量采用宽度较大(即厚实)的翼型，同时为了保证整个叶片的升阻比以及叶片的风能利用率，在叶片其他部位满足承受应力的条件下，尽量采用升阻比大的翼型来提升整个叶片的升阻比，从而使设计出来的复合翼型叶片风能利用率高、使用寿命长、叶片轻。所以，复合翼型的叶片更接近于实际，更适用于大型风力机。(3)通过复合材料的S-N曲线以及运用Palmgren-Miner准则估算出叶片的疲劳极限寿命为23年，结合ANSYSWorkbench软件预测叶片的使用寿命为24年，两者估

6、算结果相吻合，所以通过此方法进行叶片寿命研究是具有可行性的。关键词：风力机；叶片；流场；复合翼型；疲劳寿命IAbstractWiththeincreasingenergydemandforhumanbeing,theInternationalEnergyAgencyhastakendevelopingandstudyingfornon-pollution,renewable,inexpensiveenergyseriously.Windturbineasakindofnew-typeenergyhasrapidlydevelopmentedinthelasttwentyyear

7、s.Windturbinebladesarethekeypartsofwindturbine.Theworkingenvironmentsuchasthesandwear,lightningandultravioletrayandotherfactorsandsoon,whichreducedthewholelifeofwindturbineblades,andimpactedthewindturbinegeneratingefficiency.Sothefatigueanalysisofl