1.5mw风电机组风轮的叶片结构分析与优化设计.doc

1.5MW风电机组风轮的叶片结构分析与优化设计

2万字 63页 原创作品，通过查重系统

摘要
在世界经济高速发展的今天，传统能源已经难以满足世界的需求。其日益短缺，加上环境污染日益严重，人们对于可再生清洁能源的需求日益上升。而最有利用价值与前景的风能，再次受到了世界的瞩目。非洲风电市场的首次飞跃是2014年风能利用的一个显著变化，至此非经济合作组织（OECD）国家的风电装机容量再次超越了欧洲和北美市场。这些变化无疑显示了风力发电的潜力。本文主要述及了1.5MW水平轴风力发电机风轮叶片的结构分析与优化设计。主要包括如下内容：
1、参考葛涝涡模型，设计了风力机的气动外形，即计算了各叶素的弦长与安装角。所谓葛涝涡模型即在设计叶片的过程中，考虑了风轮后方的涡流流动的叶素—动量理论。
2、进行叶片的气动性能分析与叶片载荷的计算。风电机组的实际运行状态中，风轮获取风能的时候会有叶尖损失与轮毂损失，所以在这里引入叶尖损失修正因子与轮毂损失修正因子。然后根据叶素—动量理论，较为精确的计算出轴向诱导因子a与周向诱导因子b。利用已经得到的轴向诱导因子与周向诱导因子，积分得到叶片气动性能分析的关键参数CT与CP。之后分析了叶片上的空气动力载荷，重力载荷与惯性载荷。
3、在叶片结构的分析部分，运用软件ANSYS，建立叶片的有限元模型，进行叶片的静强度分析、模态分析与稳定性分析，得出叶片在两个主振方向上的应力应变图与位移图，固有频率与振型以及屈曲系数。
4、优化了风电机叶片结构。叶片优化包括气动外形的优化以及叶片结构的优化。本文主要探讨后者。叶片结构优化的目标是增强叶片的稳定性与刚度，同时使结构更加合理并经济化；优化的方法是改善叶片的铺层结构。

关键词：风轮叶片，结构分析，优化