2MW风力发电机叶片的设计建模和疲劳寿命分析

摘要

众所周知，人类的生产发展与生活水平的提高离不开各种能源。随着化石能源的逐渐减少，越来越多的国家将目光投向了新能源方面。风能是一种绿色环保的可再生清洁能源，其最主要的利用方式是风力发电。因此，风力发电机的创新与发展是合理利用风能，进而改善能源结构和环境的关键。叶片是风力发电机组有效捕捉风能的关键部件，其成本大约占风机总成本的20％。因此，提高叶片的性能可以提高发电量，捕获更多的风能。
　　目前，市面上主流的风机类型越来越倾向于大型化，而山东沿海地区是风能资源比较丰富的地区，比较适合大型风机的安装使用，因此，本文基于翼型设计软件Profili、三维建模软件 UG、有限元分析软件ANSYS Workbench及空气动力学分析软件GH Bladed，同时根据沿海地区的风力资源利用现状，设计出一种适用于功率为2MW的陆上风力发电机的叶片，并对其进行载荷分析和疲劳寿命分析。
　　本论文的主要研究内容包括：
　　1.根据省气象局发布的山东沿海地区每季度的风速数据，计算出年平均风速。
　　2.风机叶片的设计：确定额定功率与额定风速、计算叶片长度、确定叶片数目、确定叶片剖面翼型以及弦长和扭转角等。
　　3.风机叶片的三维建模：在风机叶片中，各个截面的翼型是由若干段自由曲线构成，通过Profili软件将设计好的翼型数据导出，通过EXCEL进行坐标变换，得到翼型的实际空间坐标，保存成*.dat格式。最后，运用UG的曲线建模功能完成叶片的三维建模设计。
　　4.叶片的疲劳寿命分析:应用GH Bladed分析风机正常运行、正常停机、紧急停机三种运行模式下的受力状态，运用ANSYS Workbench对叶片进行了单向流固耦合分析和疲劳寿命分析。

目录

声明

1绪论

1.1 课题的研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题的研究方法与主要章节概述

1.4 本章小结

2 风力发电机相关概念及理论

2.1 风力发电机组的类型

2.2 大型水平轴并网风电机组的基本结构

2.3 水平轴风力发电机的特性系数

2.4 风力发电机的理论模型

2.5 风机组整体的设计要求

2.6 本章小结

3 风力发电机叶片的设计与建模

3.1 叶片的设计要求

3.2 常用的叶片气动外形设计方法

3.3 叶片重要参数或指标的计算

3.4 叶片结构设计

3.5 风力发电机叶片的三维建模

3.6 叶片三维模型的实现

3.7 本章小结

4 叶片的载荷分析

4.1 载荷的分类

4.2 基于GH Bladed的叶片载荷分析

4.3 计算结果的查看与分析

4.4 叶片的单向流固耦合分析

4.5 数值模拟结果与分析

4.6本章小结

5 叶片疲劳寿命的计算

5.1 疲劳强度基础理论

5.2 2MW风机叶片的疲劳寿命计算

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

附录 攻读学位期间发表的学术论文目录

发表的学术论文

专利