大型風(fēng)力機(jī)復(fù)合材料葉片的氣動(dòng)外形和載荷設(shè)計(jì)

　　以動(dòng)量-葉素理論為基礎(chǔ)，選用NACA634改進(jìn)翼形，設(shè)計(jì)了2MW風(fēng)電機(jī)組葉片，并按照IEC風(fēng)電機(jī)組安全規(guī)范進(jìn)行了載荷設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)葉片通過(guò)了中國(guó)船級(jí)社認(rèn)證。
　關(guān)鍵詞：風(fēng)力機(jī)復(fù)合材料葉片氣動(dòng)外形載荷設(shè)計(jì)
　　1引言
　　風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是當(dāng)今各種可再生能源利用中技術(shù)最成熟、最具規(guī)模開(kāi)發(fā)條件及商業(yè)化發(fā)展前景的一種。為了尋求替代石化燃料的能源和減少二氧化碳及污染氣體的排放，包括我國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家都在大力發(fā)展該項(xiàng)技術(shù)。為了提高發(fā)電效率，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備正不斷朝著大型化方向發(fā)展，其主要機(jī)型的額定功率從以前的幾百千瓦級(jí)發(fā)展到現(xiàn)在的1～3MW，甚至更大。風(fēng)力機(jī)功率的加大使得其葉輪的直徑不斷加大，目前一臺(tái)1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉輪直徑可達(dá)80m左右。與此同時(shí)，還需要使其盡可能的輕巧和高效，這就使得風(fēng)力機(jī)葉片的設(shè)計(jì)變得非常復(fù)雜。
　　我國(guó)近年來(lái)對(duì)風(fēng)力發(fā)電等可再生能源的發(fā)展非常重視，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，截至2008年12月31日，我國(guó)除臺(tái)灣省外新增風(fēng)電機(jī)組5130多臺(tái)，新增裝機(jī)容量約624.6萬(wàn)kW，當(dāng)年新增裝機(jī)增長(zhǎng)率為89%，累計(jì)裝機(jī)容量約1215.3萬(wàn)kW，建立了一批新的大型風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)線[1]。但在風(fēng)電產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展背后，卻存在著大型風(fēng)電機(jī)組自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力不足的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)眾多葉片廠商雖然完成了葉片制造的國(guó)產(chǎn)化，設(shè)計(jì)技術(shù)卻往往掌握在國(guó)外設(shè)計(jì)公司手里，特別是大容量風(fēng)力機(jī)的能力。本文針對(duì)2MW風(fēng)電機(jī)組葉片，完成了葉片的外形設(shè)計(jì)和載荷計(jì)算。
　　2 葉片的氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)
　　葉片的氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)是指葉片采用的翼形族、剖面弦長(zhǎng)、扭角、相對(duì)厚度沿葉片長(zhǎng)度方向的分布。由于風(fēng)輪數(shù)值計(jì)算的網(wǎng)格數(shù)量大，網(wǎng)格生成困難、耗時(shí)等特點(diǎn)，同時(shí)氣動(dòng)設(shè)計(jì)要根據(jù)后續(xù)的計(jì)算進(jìn)行優(yōu)化，將其應(yīng)用于葉片氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)還有一定距離，現(xiàn)有工程計(jì)算及設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)仍然是動(dòng)量葉素理論，它也是目前國(guó)際風(fēng)電行業(yè)性能、載荷計(jì)算軟件的理論基礎(chǔ)。
　　2.1設(shè)計(jì)參數(shù)
　　設(shè)計(jì)參數(shù)一般由葉片廠商根據(jù)風(fēng)電機(jī)組總裝廠的要求，同時(shí)根據(jù)市場(chǎng)上同類葉片運(yùn)行參數(shù)確定部分主要的設(shè)計(jì)參數(shù)。因?yàn)槿~片設(shè)計(jì)出來(lái)是要面對(duì)市場(chǎng)的，如果主要參數(shù)差異較大，則面臨市場(chǎng)面較窄，從面影響企業(yè)的發(fā)展。葉片設(shè)計(jì)參數(shù)包括風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪參數(shù)和葉片本身的技術(shù)參數(shù)，一般包括：
　　（1）風(fēng)輪葉片數(shù)。由于三葉片的風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行和輸出功率比較平穩(wěn)，現(xiàn)代MW級(jí)風(fēng)電機(jī)組一般為三葉片，二葉片比較罕見(jiàn)。
　　（2）額定風(fēng)速。直接影響到風(fēng)力機(jī)的尺寸和成本，在此風(fēng)速下，風(fēng)力機(jī)組輸出額定功率。知道了平均風(fēng)速和風(fēng)速的頻度，就可以按一定的原則來(lái)確定風(fēng)速的大小，一般由風(fēng)電機(jī)組整機(jī)廠商根據(jù)風(fēng)場(chǎng)的勘測(cè)數(shù)據(jù)確定。