風(fēng)機(jī)葉片原理和結(jié)構(gòu)

《風(fēng)機(jī)葉片原理和結(jié)構(gòu)》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。

1、風(fēng)機(jī)葉片的原理、結(jié)構(gòu)和運(yùn)行維護(hù)潘東浩第一章風(fēng)機(jī)葉片報(bào)涉及的原理第一節(jié)風(fēng)力機(jī)獲得的能量一．氣流的動能E=mv2=ρSv3式中m------氣體的質(zhì)量S-------風(fēng)輪的掃風(fēng)面積，單位為m2v-------氣體的速度,單位是m/sρ------空氣密度，單位是kg/m3E----------氣體的動能，單位是W二．風(fēng)力機(jī)實(shí)際獲得的軸功率P=ρSv3Cp式中P--------風(fēng)力機(jī)實(shí)際獲得的軸功率，單位為W；ρ------空氣密度，單位為kg/m3;S--------風(fēng)輪的掃風(fēng)面積，單位為m2;v--------上游風(fēng)速，單位為m/s.Cp-----

2、----風(fēng)能利用系數(shù)三．風(fēng)機(jī)從風(fēng)能中獲得的能量是有限的，風(fēng)機(jī)的理論最大效率η≈0.593即為貝茲（Betz）理論的極限值。第二節(jié)葉片的受力分析一．作用在槳葉上的氣動力上圖是風(fēng)輪葉片剖面葉素不考慮誘導(dǎo)速度情況下的受力分析。在葉片局部剖面上，W是來流速度V和局部線速度U的矢量和。速度W在葉片局部剖面上產(chǎn)生升力dL和阻力dD，通過把dL和dD分解到平行和垂直風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面上，即為風(fēng)輪的軸向推力dFn和旋轉(zhuǎn)切向力dFt。軸向推力作用在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架上，旋轉(zhuǎn)切向力產(chǎn)生有用的旋轉(zhuǎn)力矩，驅(qū)動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動。上圖中的幾何關(guān)系式如下：Φ=θ+αdFn=dDsinΦ+dL

3、cosΦdFt=dLsinΦ-dDcosΦdM=rdFt=r(dLsinΦ-dDcosΦ)其中，Φ為相對速度W與局部線速度U（旋轉(zhuǎn)平面）的夾角，稱為傾斜角；θ為弦線和局部線速度U（旋轉(zhuǎn)平面）的夾角，稱為安裝角或節(jié)距角；α為弦線和相對速度W的夾角，稱為攻角。二．槳葉角度的調(diào)整（安裝角）對功率的影響。（定槳距）改變槳葉節(jié)距角的設(shè)定會影響額定功率的輸出，根據(jù)定槳距風(fēng)力機(jī)的特點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)盡量提高低風(fēng)速時(shí)的功率系數(shù)和考慮高風(fēng)速時(shí)的失速性能。定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在額定風(fēng)速以下運(yùn)行時(shí)，在低風(fēng)速區(qū)，不同的節(jié)距角所對應(yīng)的功率曲線幾乎是重合的。但在高風(fēng)速區(qū)，節(jié)距角的變化，

4、對其最大輸出功率（額定功率點(diǎn)）的影響是十分明顯的。事實(shí)上，調(diào)整槳葉的節(jié)距角，只是改變了槳葉對氣流的失速點(diǎn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，節(jié)距角越小，氣流對槳葉的失速點(diǎn)越高，其最大輸出功率也越高。這就是定槳距風(fēng)力機(jī)可以在不同的空氣密度下調(diào)整槳葉安裝角的根據(jù)。不同安裝角的功率曲線如下圖所示：第三節(jié)葉片的基本概念1、葉片長度：葉片徑向方向上的最大長度，如圖1所示。圖1葉片長度2、葉片面積葉片面積通常理解為葉片旋轉(zhuǎn)平面上的投影面積。3、葉片弦長葉片徑向各剖面翼型的弦長。葉片根部剖面的翼型弦長稱根弦，葉片尖部剖面的翼型弦長稱尖弦。圖2葉片弦長、扭角示意圖葉片弦長分布可以采

5、用最優(yōu)設(shè)計(jì)方法確定，但要從制造和經(jīng)濟(jì)角度考慮，葉片的弦長分布一般根據(jù)葉片結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求對最優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果作一定的修正。根據(jù)對不同弦長分布的計(jì)算，梯形分布可以作為最好的近似。4、葉片扭角葉片各剖面弦線和風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面的夾角，如上圖所示。5、風(fēng)輪錐角風(fēng)輪錐角是指葉片相對于和旋轉(zhuǎn)軸垂直的平面的傾斜度，如右圖所示。錐角的作用是在風(fēng)輪運(yùn)行狀態(tài)下減少離心力引起的葉片彎曲應(yīng)力和防止葉尖和塔架碰撞的機(jī)會。6、風(fēng)輪仰角風(fēng)輪的仰角是指風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸線和水平面的夾角，如上圖所示。仰角的作用是避免葉尖和塔架的碰撞。第四節(jié)葉片的設(shè)計(jì)與制造在葉片的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)中要充分考慮到所用

6、材料的疲勞特性。首先要了解葉片所承受的力和力矩，以及在特定的運(yùn)行條件下風(fēng)負(fù)載的情況。在受力最大的部位最危險(xiǎn)，在這些地方負(fù)載很容易達(dá)到材料承受極限。葉片的重量完全取決于其結(jié)構(gòu)形式，目前生產(chǎn)的葉片，多為輕型葉片，承載好而且很可靠。目前葉片多為玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（GRP），基體材料為聚酯樹脂或環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂比聚酯樹脂強(qiáng)度高，材料疲勞特性好，且收縮變形小。聚酯材料較便宜，它在固化時(shí)收縮大，在葉片的連接處可能存在潛在的危險(xiǎn)，即由于收縮變形在金屬材料與玻璃鋼之間可能產(chǎn)生裂紋。水平軸風(fēng)輪葉片一般近似是梯形的，由于它的曲面外形復(fù)雜，僅外表面結(jié)構(gòu)就需要很高的

7、制造費(fèi)用。使用復(fù)合材料可以改變這種狀況，只是在模具制造工藝上要求高些。葉片的模具由葉片上、下表面的反切面樣板成型，在模具中由手工成形復(fù)合材料葉片。葉片還要考慮腐蝕的影響。葉片基體材料選材時(shí)就已經(jīng)考慮了葉片防腐的問題，同時(shí)，葉片表面涂有厚度為0.6~1.0mm左右的膠衣涂層，其作用不僅能夠防腐，而且可以抗紫外線老化。提高葉片表面光度可以避免污垢及灰塵滯留在葉片表面。葉片所用金屬材料選用不銹鋼及航空結(jié)構(gòu)鋼，除不銹鋼外，其它金屬材料零部件表面均采取熱噴鋅處理進(jìn)行防腐。第五節(jié)葉片的結(jié)構(gòu)1．主體結(jié)構(gòu)水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片的結(jié)構(gòu)主要為梁、殼結(jié)構(gòu)，有以下幾

8、種結(jié)構(gòu)形式：1）、葉片主體采用硬質(zhì)泡沫塑料夾芯結(jié)構(gòu)，GRP結(jié)構(gòu)的大梁作為葉片的主要承載部件，大梁常用D型、O型、矩形和C型等型式，蒙皮G