風機葉片原理和結構

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1、風電場安全生產(chǎn)及新項目生產(chǎn)準備培訓班風機葉片的原理、結構和運行維護風機葉片的原理、結構和運行維護潘東浩第一章風機葉片報涉及的原理第一節(jié)風力機獲得的能量一．氣流的動能E=mv2=ρSv3式中m------氣體的質(zhì)量S-------風輪的掃風面積，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．風力機實際獲得的軸功率P=ρSv3Cp式中P--------風力機實際獲得的軸功率，單位為W；ρ------空氣密度，單位為kg/m3;S--------風輪的

2、掃風面積，單位為m2;v--------上游風速，單位為m/s.Cp---------風能利用系數(shù)三．風機從風能中獲得的能量是有限的，風機的理論最大效率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輪葉片剖面葉素不考慮誘導速度情況下的受力分析。在葉片局部剖面上，W119風電場安全生產(chǎn)及新項目生產(chǎn)準備培訓班風機葉片的原理、結構和運行維護是來流速度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輪旋轉(zhuǎn)平面上，即為風輪的軸向推力d

3、Fn和旋轉(zhuǎn)切向力dFt。軸向推力作用在風力發(fā)電機組塔架上，旋轉(zhuǎn)切向力產(chǎn)生有用的旋轉(zhuǎn)力矩，驅(qū)動風輪轉(zhuǎn)動。上圖中的幾何關系式如下：Φ=θ+αdFn=dDsinΦ+dLcosΦdFt=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)距角的設定會影響額定功率的輸出，根據(jù)定槳距風力機的特點，應當

4、盡量提高低風速時的功率系數(shù)和考慮高風速時的失速性能。定槳距風力發(fā)電機組在額定風速以下運行時，在低風速區(qū)，不同的節(jié)距角所對應的功率曲線幾乎是重合的。但在高風速區(qū)，節(jié)距角的變化，對其最大輸出功率（額定功率點）的影響是十分明顯的。事實上，調(diào)整槳葉的節(jié)距角，只是改變了槳葉對氣流的失速點。根據(jù)實驗結果，節(jié)距角越小，氣流對槳葉的失速點越高，其最大輸出功率也越高。這就是定槳距風力機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：119風電場安全生產(chǎn)及新項目生產(chǎn)準備培訓班風機葉片的原理、結構和運行維護第三節(jié)葉片的基本概念1

5、、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用最優(yōu)設計方法確定，但要從制造和經(jīng)濟角度考慮，葉片的弦長分布一般根據(jù)葉片結構強度設計要求對最優(yōu)化設計結果作一定的修正。根據(jù)對不同弦長分布的計算，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輪旋轉(zhuǎn)平面的夾角，如上圖所示。5、風輪錐角風輪錐角是指葉片相對于和旋轉(zhuǎn)軸垂直的平

6、面的傾斜度，如右圖所示。錐角的作用是在風輪運行狀態(tài)下減少離心力引起的葉片彎曲應力和防止葉尖和塔架碰撞的機會。119風電場安全生產(chǎn)及新項目生產(chǎn)準備培訓班風機葉片的原理、結構和運行維護6、風輪仰角風輪的仰角是指風輪的旋轉(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)葉片的設計與制造在葉片的結構強度設計中要充分考慮到所用材料的疲勞特性。首先要了解葉片所承受的力和力矩，以及在特定的運行條件下風負載的情況。在受力最大的部位最危險，在這些地方負載很容易達到材料承受極限。葉片的重量完全取決于其結構形式，目前生產(chǎn)的葉片，多為

7、輕型葉片，承載好而且很可靠。目前葉片多為玻璃纖維增強復合材料（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，它在固化時收縮大，在葉片的連接處可能存在潛在的危險，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。水平軸風輪葉片一般近似是梯形的，由于它的曲面外形復雜，僅外表面結構就需要很高的制造費用。使用復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合材料葉片。葉片還要考慮腐蝕的影響。葉片基體材料選材

8、時就已經(jīng)考慮了葉片防腐的問題，同時，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構鋼，