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风机叶片设计

信息来源:www.sygtsd.com 发布时间:2017-10-25
风机叶片设计
风机叶片约占风机总成本的15%-20%,目前大型风力发电机的叶片基本上是由复合材料构成,复合材料含量通常超过90%。据统计,风机叶片尺寸每增大6%,捕获的风能可增加12%。
叶片的设计初衷是获得动力学效率和结构设计的平衡。材料和工艺的选择决定了叶片最终的实际厚度和成本。结构设计人员在如何将设计原则和制造工艺相结合的工作中扮演着重要角色,必须找出保证性能与降低成本之间的最优方案。叶片受力分析:叶片上承受的推力驱动叶片转动。推力的分布不是均匀的而是与叶片长度成比例分布。叶尖部承受的推力要大于叶根部。大梁设计:由于叶片自重和外部推力产生的弯曲变形是叶片的最主要载荷,为了提高弯曲性能,在叶片的长度方向上采用单向纤维布,且中间通过抗剪腹板将上下两层梁帽尽可能分隔开,抗剪腹板采用对角铺放的双向纤维布加泡沫(PET)芯材构成,起到增加整体刚性的作用。
内部梁结构:为了降低生产成本,设计中可以去除一些不必要的材料,常见的叶片都采用中空式设计。
叶壳:叶壳的作用主要是提供空气动力学外形。叶壳的夹芯结构增加了刚性,夹芯结构由玻璃钢表层中间加泡沫(PET)芯材或巴沙轻木(BALTEK)芯材构成。夹芯结构具备足够的刚性承担弯曲载荷同时防止脱粘。叶壳中的对角分布的纤维提供了必要的抗扭刚性。
叶根设计:叶根部分通常设计为圆形。同时为了满足维护等需要,叶片根部多以螺栓连接以便于拆装。对于金属大梁可以采用焊接的法兰连接。
几何尺寸优化设计:在不改变叶片几何外形的条件下,通过调整梁帽的薄厚来改变叶片性能,降低生产成本。厚度较薄的叶片需要配以更厚的梁帽,但会增加生产成本。同时腹板强度也需提高,但因为厚度变薄所以总的材料用量没有明显变化。综上所述,几何尺寸的优化设计需要从风机设计,载荷分析,结构设计和制造成本等多方面综合考量才能获得最佳的结果。




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