水平轴风轮的气动设计

《轴流通风机的工程设计方法》

轴流通风机的工程设计方法信息来源：中国风机网-风机常识发布时间：2006-8-2 风机是量大面广的通用机械产品；风机是利用一个或多个装有叶片的叶轮的旋转和气体或空气的相互作用来压缩和输送气体或空气的流体机械；风机是透平压缩机、透平鼓风机和通风机的总称。通风机: 在进口压力和温度分别为1 Ol.SkPa和20°C、相对湿度为50%的标准空气条件下，全压小于等于30kPa的风机称为通风机。通风机主要有离心式和轴流式两大类。在轴向剖面上，在叶轮中气流沿着半径方向流动的通风机为离心通风机；离心通风机为轴向进气径向排气。在轴向剖面上，气流在旋转叶片的流道中沿着轴线方向流动的通风机为轴流通风机；轴流通风机为轴向进气和排气。相比较而言，离心通风机压力大、流量小；轴流通风机压力小、流量大。轴流通风机的分类如下： 1）按压力分类 GB/T 19075-2003/ISO 1334.9 : 1999《工业通风机词汇及种类定义》中指岀: 低压通风机的压比低于1.02 ,参考马赫数小于O.lSo当处理标准空气时，其压升小于 2kPa O 中压通风机的压比大于1.02而小于1」，参考马赫数小于0.15 ,对应压升为2kPa至 lOkPa O 高压通风机的压比和压升大于上述值标准进一步指岀：通风机叶轮依据其圆周速度将产生或高或降的压力，并定义了各种“通风机类型”的压力范围，即各类通风机在最高效率和最高转速时，通风机的压力不低于下表1-1中给定的值。在任何情况下，被定义的通风机压力应不超岀通风机在最高转速时所产生的最大压力的 95%

2）按轮毂比分类按照轮毂直径和叶轮外径之比即轮毂比，轴流通风机有低压、中压和高压型式之分，这表示在给定的流量下，轴流通风机所产生的压力是低的、中等的或高。若轮毂比低于0.4则认为是低压（或低轮毂比）型轴流通风机，轮毂比大于0.71时，则认为是高压（或大轮毂比）型轴流通风机，轮毂比介于0.4?0.71之间的则被认为是中压（或中轮毂比）型轴流通风机。 3）按用途分类轴流通风机使用广泛，按用途分主要有：矿井轴流通风机：用于矿井主卷道通风的为矿井主轴流通风机（主扇）；用于矿井采掘工作面等局部区域通风的为矿井局部轴流通风机（局扇）. 电站轴流通风机：用于火力发电厂为锅炉配套的轴流通风机，有送风机、引风机等。纺织轴流通风机：用于纺织车间通风换气.隧道轴流通风机：用于隧道通风换气。消防排烟轴流通风机：高层建筑消防排烟之用。冷却塔轴流通风机：和机力通风冷却塔相配套使用。空冷器轴流通风机：和石油化工行业大量使用的空气冷却器相配套；是空气冷却器重要组成部分。般用途轴流通风机：用于工厂和建筑物通风换气或采暖通风特殊需用的轴流通风机：如舰艇、气垫船、内燃机车等使用的轴流通风机。还有其它用途的轴流通风机，这里不再一一叙述4）按材质分类可分为金属和玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢）轴流通风机。

轴流通风机的工程设计方法

2 轴流通风机的主要特性为便于对轴流通风机进行气动设计，首先了解其主要特性是必要的。轴流通风机的主要特性可归纳为几何特性、运动特性和动力特性三个方面。 2.1几何特性确定或表征轴流通风机尺寸和形状的参数称作轴流通风机的几何特性，并以叶轮的几何特性作为表征参数。 2.1.1 直径轴流通风机直径系指叶片尖部所划圆的直径，是轴流通风机最重要的几何特性参数。直径大小可选定亦可计算得到；通常与流量、全压、叶片数、转速、输送介质密度等有关。直径大小直接影响风机的气动性能和结构尺寸。文献 [21] 对轴流通风机直径的确定原则作了规定，是轴流通风机产品系列（群）化设计应遵循的基本原则。 2.1.2 轮毂比轮毂直径与风机直径之比称作轮毂比，亦是轴流通风机的一个重要几何参数。轮毂比对风机的流量、全压、轴功率和效率都有影响。在直径、转速、流量和全压一定的情况下，有一个最佳的轮毂比相匹配，使其效率最高。理论分析和实验结果表明，轮毂比与全压成正比与效率成反比。轴流通风机的轮毂比一般在 0.3~0.7 或更大的范围内选定，低压轴流通风机的轮毂比较小，高压轴流通风机的轮毂比较大。文献 [21] 对等轮毂比轴流通风机的轮毂比与轮毂直径应遵循的优先数原则同样作了规定。 2.1.3 叶片数对于轮毂比一定的轴流通风机，叶片数的配置应该是最佳的。当叶片实度一定时，叶片数增多则叶片变窄。窄叶片对结构强度有利，但会减小雷诺数值。过小的雷诺数对风机气动性能将产生不利影响。叶片数增多对降低风机噪声亦不利。相反，叶片数减少则叶片变宽。宽叶片有利于降低噪声，但会使每个叶片质量增加，离心力增大，叶片根部受力加剧。叶片数的多少应从气动性能、噪声特性以及结构受力等方面综合考虑，这个问题将在后面的章节中讨论。 2.1.4 叶片剖面形状叶片剖面形状取决于所选用的翼型。现代轴流通风机大都选用航空翼型。有关翼型的几何特性、气动特性以及如何选用等问题将在第 3 章作较详尽地介绍。 2.1.5 叶片平面形状叶片平面形状不仅取决于气动设计计算；亦取决于叶片强度、刚度、振动等的设计计算；有时还会受到结构和制造工艺等条件的限制。例如，玻璃钢叶片由模具成型，可以制做成任何复杂的形状；而某些金属叶片，为制造方便，宁可牺牲些气动性能而采用经简化的平面形状。叶片平面形状大致有二次曲线形、梯形和等宽度的长方形等。 2.1.6 叶片扭曲度从图 2.1 看到，轴向速度 V a沿径向不变时，流经叶片的气流合速度 V m与旋转平面的夹角ψ是从叶根到叶尖逐渐减小的；于是，当叶片安装角φ一定时，气流攻角α= φ－ψ则从叶根到叶尖逐渐增大。为使各个叶片剖面均在最有利的攻角下工作，必须对叶片进行扭曲，使其在叶根处扭曲最大并向叶尖逐渐减小。叶片根部扭曲角度与尖部扭曲角度之差称作叶片的扭曲度，它是实现叶轮高效运行的必然要求，是轴流通风机重要的几何特性参数。扭曲度由气动设计计算获得并通过试验加以修正。 2.2运动特性确定轴流通风机气流轴向运动和旋转运动的参数称作轴流通风机的运动特性。轴流通风机气动设计计算的基本内容之一就是确定流经风机级的气流速度大小和方向。分析研究运动特性主要是剖析基元级（叶剖面）的速度三角形。为了研究不同半径流面上的气体流动，从流经风机级的通道内取一微元环形通道，其半径为 r，圆环宽度为 dr。假定不存在径向流动；于是叶剖面及其前后方的气流速大小与方向如图 2-1 所示。图 2-1 动叶片剖面的相对速度矢量图

轴流风机扇叶的流场分析与改进

基于 CFD 的轴流通风机叶片的流场分析与改进设计
摘要：通过计算流体力学（CFD）方法对轴流通风机叶片的流场进行了虚拟样机的数值模拟，不仅得到了流场的工作特性数据，而且提出了对叶片叶型的改进设计方案，并通过真实样机的试验验证了数值模拟分析的正确性和改进设计的可行性。最后，还对数值模拟与真实试验数据之间的差异原因进行了讨论。关键词：轴流式通风机；叶片；CFD；流场分析；改进设计
0 引言
轴流通风机的传统设计方法主要有两种：一种是利用孤立翼型进行空气动力试验所得到的数据进行孤立翼型设计，称为孤立翼型设计方法；另一种是利用平面叶栅的理论和叶栅的吹风试验所得到的数据进行设计，称为叶栅设计方法[1]。试验测量方法所得到的试验结果真实可信，但往往受模型尺寸、流场扰动、人身安全和测量精度等的限制，有可能很难通过试验方法得到结果。此外试验还会遇到经费投入、人力和物力的巨大耗费及周期长等许多困难。计算流体力学（CFD）的计算方法是近年来发展起来的新型独立学科，它兼有理论性和实践性的双重特点，建立了许多理论和方法，为现代科学中许多复杂流动与传热问题提供了有效的计算技术[2]。轴流通风机叶片作为关键部件，其性能直接影响着风机的性能。轴流通风机设计的主要任务就是设计出能保证各项性能要求的高效率叶片。
本文介绍的是采用现今先进的 CFD 方法，以一款汽车用冷凝器风扇的叶片为例，进行探索性的流场分析与改进设计研究。
1 叶片的 CFD 流场分析
1.1 对象描述该风扇总成的整体三维图如图 1 所示。叶片直径为 250mm，材料为 PP，其技术要求：在静压 p=－50Pa
（风机进口处的压力比周围空气低 50Pa），转速为 2600r/min 的情况下，风扇总成在一个标准大气压、温度为 20℃、相对湿度为 50%的空气，用标准电机在 12V 的电压下进行送风测试时，其送风量应≥900m3/h，标准电机工作电流应≤7A。
图 1 分析对象——风扇总成的三维图
1.2 划分网格计算流体力学作为工程应用的有效工具，所面临的关键技术之一就是生成网格的质量的好坏，它直接影响
到模拟结果的精度和所耗用的 CPU 时间。在计算敏感区域（壁面附近、尾流块、外形曲率大的表面）参数变化梯度大，如果网格太稀疏，则不能捕捉到流场的重要信息，造成误差大，甚至解不能收敛，故需取较密的一些网格；而在非计算敏感区域参数变化梯度较小，如果网格太稠密，则所耗用的 CPU 时间长，故应取较稀一些的网格。因此，应根据需要安排网格疏密。另外，曲线应尽量光滑，不能过分扭曲。在 CFD 的实际应用中，
1

水平轴风力机风轮叶片优化设计模型研究

收稿日期:2005_09_02 作者简介:刘雄(1975~),男,湖南衡阳人,助理研究员,博士研究生.E_mail:lx@https://www.360docs.net/doc/048305219.html,.c n 基金项目:国家高技术发展(863)计划资助项目(No:220AA512040);广东省科技攻关资助项目(No:2005B10201024, 2005B33401004) 文章编号:1001-4217(2006)01-0044-06 水平轴风力机风轮叶片优化设计模型研究刘雄,陈严,叶枝全 (汕头大学能源研究所,广东汕头 515063) 摘要:提出了风力机风轮叶片的优化设计模型,该模型考虑了风场风速的概率分布,以风力机年能量输出最大为设计目标,使用遗传算法进行搜索寻优.利用开发的优化设计程序,设计了113MW 风力机的叶片.与已有风力机相比,设计结果显示了明显的优越性,从而说明了该优化设计模型的有效性和实用性. 关键词:风力机;优化设计;遗传算法;片条理论中图分类号:TK 83 文献标识码:A 0 引言风力机风轮叶片的外形决定了风能转换的效率,因而风轮叶片气动外形的优化设计技术在风力机设计制造中占有相当重要的地位[1-3] .早期的优化设计方法是Glauert 方法和 Wilson 方法 [2,4] ,其缺点是没有考虑实际风速的概率分布,因而并不能使所设计风力机的年能量输出最大,另外设计结果需大幅修正,设计效果难以控制 [2,5] . 风力机的叶片设计涉及到复杂的气动性能计算及搜索寻优过程,气动性能计算模型的准确度和优化算法的选择直接决定了设计结果的优劣[6] .出于技术保密的考虑,国外知名的叶片生产商不对外公开其设计方法,商品化的风力机分析和设计软件也都不包含叶片设计模块[7] .因此很有必要研究并掌握风力机叶片设计技术,建立通用的叶片设计软件. 本文建立了风力机风轮叶片的优化设计模型,在模型中考虑了风场风速的概率分布,设计目标为在满足额定功率的要求下,年能量输出最大.在寻优算法中采用改进的遗传算法ECG A(Extended C ompact Genetic Algorithm)[8-9] 进行搜索寻优,较之传统算法,EC GA 具有更快的寻优速度,并能保证收敛于全局最优解,因而有利于建立通用的叶片优化设计程序. 2006年2月Feb .2006 汕头大学学报(自然科学版) Jou rnal of Shantou Univers ity (Natu ral Science ) 第21卷第1期Vol 121No 11

单级轴流风机气动设计

单机轴流通风机的气动设计一、设计参数全压： P=900P a 流体密度：ρ=1.2kg/m 3 流量： Q=30m 3/s 转速： n=750r/min 二、轴流风机方案设计电机转速选取确定通风机转速n 、叶轮直径D 及圆周速度，通风机采用同步电动机直接驱动，选取起转速n 分别为750r/min,1000r/min 和1450r/min ；转速已给，取n=750r/min 。在设计中，初选级的形式为叶轮后设置导叶，涉及叶轮参数的选取时，对其采用相同参数的R+S 级叶轮（即叶轮后设置导叶）选取。对于已给定流量Q=30m 3/s 和全压P=900P a 条件下的通风机，应采用孤立翼型设计方法。三、叶轮参数的选取 1．计算轴功率：取η=0.88，0.98m η=，得 kw P Q N m 3.3198 .088.01000900 301000=???=??= ηη 2.比转数 25900 30 7504 3 21 4 3 2 1=? ==P Q n n s 3.查图？？，取v=0.65,查图？？，取Ku=1.8 叶轮外径：m n P K D u t 77.1750 14.3900 184.774.77=???== π 轮毂直径：m D D t h 15.177.165.0=?=?=ν 4.圆周速度 s m n D u t t 7060 75077.114.360=??==π s m u t 70=满足u t ≤60~80，属于低噪音轴流风机的设计，符合标准压力系数 153.070 2.19002 2=?== t u P P ρ 当P =0.15~0.25或n s =20.8~32.5（115~118）时，可以采用叶轮加后导叶的级。根据压力系数与比转数验证采用叶片加后导叶的方案是合理的。

AN系列静叶可调轴流风机成都电力机械厂

AN系列静叶可调轴流风机(成都电力机械厂) AN系列静叶可调轴流风机（以下简称AN风机），其工作原理是介质沿着叶轮子午面的流道方向急剧收敛、加速，从而获得动能，并通过下游的后导叶和扩压器，使大部分动能转换成为静压能的轴流式通风机。 AN风机具有结构简单，安全可靠性高、耐磨性好、抗高温能力强等特点。是电厂、冶金、矿山、水泥等行业风机中最理想的选择之一，目前已有超过两千台AN风机在世界各地运行，新技术的研发始终跟随用户需求的变化持续进行。适用范围 AN风机安装形式分卧式和立式，特别适用于含有粉尘或腐蚀性的大流量气体，可在20-200oC度的高温度下运行。 AN风机可用作于： 1.发电机组的锅炉引风机。这也同样适用于增设烟气脱硫和脱硝系统而增加压力后的合并引风机。 2.发电机组烟气脱硫（FGD）及一氧化氮净化装置（DENOX）的增压风机。 3.在钢铁冶炼行业用于脱硫增压风机。 4.在铁矿烧结和制粒装置中作冷却、排气、除尘通风机。 5.在钢厂和铸造车间可用于排尘转换装置。 6.在水泥工业中可用作排烟和除尘用通风机。 7.还可用于需要处理或控制大流量空气、工艺用气或废气的所有其他场所。为了精确地满足顾客所需要的工况参数，按照R40的数列等级，我们可以提供叶轮外径从1300 至5000mm中若干

等级的风机供顾客选择。在工程项目中，如果知道流体流量、密度和需要的全压，就可以推断出比压能。同时可以依据的比压能和流体流量的交叉点判断运行点是否落在AN风机范围内，即选择的风机是否合适。性能特点和控制 AN系列风机的性能特性能够最大限度地满足用户的运行要求。当利用下面的图表确定叶轮直径和转速以后，将从我们的数据库中选择合理的变量组合（叶片数量、叶形、安装角，后导叶叶形及安装角等），从而保证AN风机的工作点在满负荷（100%）运行时，位于性能曲线图的最高效率区域内。叶轮吸入流量的无级变化是通过旋转安装在叶轮上游的前导叶角度而精确实现的，这可以保证流体流量始终与不断变化的工况负荷相匹配。大部分AN风机是在定转速下，采用前导叶进行调节的，前导叶角度调节范围非常广 (-75o ~30 o)，所以其性能足够覆盖用户所需的全部运行范围。当然，如果特殊情况下要求风机在很宽的范围都能达到非常高的运行效率，比如负荷调节范围较宽的电厂，且长期在低负荷状态下运行，那么双速（双速电机或双速齿轮箱）和调速（变频电机、汽轮机驱动）风机将能够展示其优秀的节能经济性。 AN风机最独特的设计特点是装设性能稳定装置KSE，这很好地解决了常规轴流风机的使用范围受失速线限制的问题。当运行点进入常规轴流风机失速线上方而不能稳定运行时，AN风机主流道叶片顶部所产生的反向气流将流经KSE装置重新进入主流道拓宽了风机的工作范围，从而避免了因叶轮主流道内产生的气流往返流动而导致的喘振危害，将风机喘振区域变成了稳流区。性能曲线图上的绿色区域表示了AN风机单台和并联运行时，稳定工作区由此扩大了的范围。在一定条件下，单台AN风机装上KSE后，从原理论失速线向上直到+30 °性能曲线之间的区域都能稳定运行。运行效率

轴流式通风机课程设计

轴流式通风机课程设计第一节设计原始条件和要求设计轴流式通风机时，一般应给出下列原始资料：流量Q （3 /m h ）、全压p （pa ）、工作介质密度ρ（3/kg m ）或工作介质温度t 、大气压力，以及结构上的要求和特殊要求等。初始条件：流量Q ＝44263 /m h ，风机全压p ＝261Pa ，介质为空气，其进口状态为标准状态（0p 为1个大气压，温度为20℃，空气密度31.24/kg m ρ=），设计一广泛应用于一般工厂、仓库、办公室、住宅内的轴流式通风机，要求全压效率η不小于80%。设计目的：要求学生熟练掌握轴流式通风机的基本理论和设计方法，并初步掌握用所学的理论和方法进行轴流式通风机的设计。设计要求：（1）满足所需流量和压力的工况点应在最高效率点附近；（2）最高效率值要尽量大些，效率曲线平坦；（3）通风机结构简单、工艺性好、材料及附件选择方便；（4）有足够的强度、刚度，工作安全可靠；（5）运转稳定、噪声低；（6）调节性能好，工作适应性强；（7）通风机尺寸尽可能小，重量轻；（8）操作和维护方便，拆装运输简单易行。第二节设计计算的主要内容设计计算的主要内容为：通风机类型的选择（离心式、轴流式），方案选择与比较，驱动方式选取，计算比转速s n ，叶轮设计计算，叶型选型与设计（确定叶轮外径及轮毂直径），计算圆周速度t u 及压力系数p ，求轴向速度z c ，计算扭速u c ?，计算平均相对速度m w 及气流角m β，选择叶片数z ，选取各截面的升力系数y c 及相应的攻角α，求叶片宽度b ，叶型的安装角A β，叶片型线的绘制，集流器、整流罩和扩散筒的设计计算，通风机主要零部件材料选取，主要零部件强度计算与校核，通风机临界转速计算，零部件图和总装配图的绘制。目前大多数轴流通风机都是采用孤立叶型设计法，这种方法较为简便有效。此处就采用孤立叶型的设计法来设计一般用的轴流式通风机。其设计计算的主要内容有：一、方案选择与比较方案类型：叶轮前设置前导叶；叶轮后设置后导叶；单独叶轮级；叶轮前后都设置导叶。要求：说明选择这种方案的原因与分析。

风轮的性能计算

风能性能计算主要有三项内容:轴向推力,转矩利功率以及相对应的推力系数,转矩系数和风能利用系数. 推力系数T C 转矩系数M C 风能利用系数P C 如果风轮不在最佳运行状态工作,干涉因子a,b 和梢部损失系数F 就不知道了,此外,由理论计算所得的叶片外形弦宽C 和扭角θ一般要根据实际经验进行修正,因此干涉因子a 、b 一般也都偏离了最佳设计状态下的值.实际上为了求得T C M C P C 一般是根据给出的叶片外形数据弦宽C 和扭角θ以及翼型升阻曲线,在某一给定运行状态下计算各个剖面上的干涉因子a 和b 以及梢部损失系数F 来计算风轮的气动性能。性能计算所用公式如下：（1）a ?θ=-

（2）(1)tan (1)a b ?λ-= + （3）2arccos()f F e π -= 2sin B R r f R ?-= （4）cos sin x L D C C C ??=+ sin cos y L D C C C ??=- （5）22 (1)8sin (1)x BCC aF aF r a π?-=- （6） 8sin cos 1y BCC bF r b π??=+ 对于每一个给定的r 或λ,可以用迭代法计算a 、b (1) 给a 和b 一个初始值. (2) 由式（2）计算得?由式（3）计算得F (3) 再由式（1）计算得a (4) 由式（4）计算得 x C 、 y C (5) 由式（5）计算得a ，由式（6）计算得b. (6) 回到第（2）步重新迭代，直到收敛为止这样各剖面的干涉因子a 和b 及梢部损失因子F 就可求得,就可以求出推力，转矩，功率及相应的系数。

轴流风机机翼型叶片参数化建模方法

https://www.360docs.net/doc/048305219.html, 轴流风机机翼型叶片参数化建模方法马静王振亚同济大学汽车学院上海（201804） Email:basei@https://www.360docs.net/doc/048305219.html, 摘要：本文通过创建翼型模板，结合Matlab与UG软件,探讨了风机翼型叶片参数化建模的方法，给出了翼型中线为圆弧时的翼型坐标算法、各截面安装角和站位的处理方法以及Matlab实现程序。并提出了叶片在UG建模时应注意的问题。文中提出的方法，减少了风机建模的工作量，缩短了风机CFD前处理周期，提高了风机流场CFD分析计算的效率和质量。关键词：叶片；参数化设计；UG；Matlab 1. 前言随着CFD技术的迅速发展，对风机流场计算分析的要求越来越多。风机仿真计算的前期工作量相当大，主要表现在机翼型叶片的建模，其中包括风机叶轮的机翼型叶片，机翼型前导流叶片和叶轮后的止旋片建模。通常在UG软件中输入大量的翼型坐标点是相当麻烦的，而使用*.dat文件导入这些数据的方法要方便的多，但是对不同的叶片计算截面采用*.dat文件手工导入翼型坐标点的工作量仍然非常大，并且修改起来也不方便。通过分析可知，叶片不同计算截面的翼型曲线是相似的，同种翼型只因弧长以及中线形状不同而不同，因此完全可以考虑采用参数化建模的设计方法。采用这种方法可以缩短建模时间，节省大量的工作量，且所建的模型也易于修改。因为在对风机流场进行CFD分析计算时改变风机叶片翼型是对风机模型的重大修改需要花费大量的时间，有了这种方法可以较轻松的完成修改。本文就是基于这种思想，介绍了用Matlab与UG两个软件结合进行风机叶片参数化建模的方法，本方法利用Matlab强大的数据处理能力处理翼型离散点[1]，用UG强大的三维曲面建模能力构建叶片复杂曲面。 2. 翼型离散点的参数化处理 2.1 翼型模板的建立翼型模板的建立是实现参数化设计的第一步，建立翼型模板库是一个积累的过程，需要将每次用到的翼型和收集到的有价值的翼型参数通过手工输入，建立起翼型模板库，在进行风机叶片建模时就可以非常方便的从翼型模板库里直接调出所需要的翼型。在Matlab中可以通过一个两列矩阵建立起翼型模板，第一列输入原始翼型的/x l值，第

风速对大型海上风力机的气动弹性影响研究

风速对大型海上风力机的气动弹性影响研究发表时间：2017-10-25T17:58:34.210Z 来源：《基层建设》2017年第17期作者：张婷婷 [导读] 摘要：海上风力机是未来风电技术发展的重要方向。通常海上风力机风轮尺度较大、叶片弹性特征明显，这给风力机的气动弹性分析带来了极大挑战。西南科技大学城市学院土木工程系四川绵阳 621000 摘要：海上风力机是未来风电技术发展的重要方向。通常海上风力机风轮尺度较大、叶片弹性特征明显，这给风力机的气动弹性分析带来了极大挑战。利用BEM气动力计算模型及模态叠加结构动力计算模型构建了大型海上风力机气动弹性分析模型，该模型具有计算效率高、计算结果准确的特征。利用该模型对不同风速条件下NREL 5MW海上风力机的气动弹性特征进行了计算和分析。结果显示，风力机的叶尖位移与风速条件直接相关，呈周期性特征。风速越高风力机功率波动频率越低。关键词：大型海上风力机；气动弹性；BEM；模态叠加模型 0 研究背景海上风力机为海上风能利用提供了有效的手段。根据“十三五”规划，海上风能资源的开发，将成为未来风能利用的重要发展方向。目前海上风力机技术仍处于发展过程中，部分海上风电强国已拥有部分示范工程，如挪威Hywind项目、葡萄牙WindFloat项目等。此外，近年来日本在海上风电技术领域投入较大，且已逐步形成海上风力机设计能力[1]。海上风力机具有单机高功率等特点，通常设计为5MW-20MW[2]，相应的风力机的风轮半径将大幅增加。在海上复杂的环境下，气动力、波浪作用力、结构作用力等将形成复杂的耦合作用力体系，给海上风力机的结构响应分析带来了极大的困难。本文通过动量叶素理论（BEM）计算风力机的气动力，采用模态叠加理论对NREL 5MW海上风力机进行了计算。对风力机的气动力特征及气弹耦合特性进行了系统地讨论。 1气动力计算BEM模型复杂条件下风力机气动性能的求解是分析风力机气动弹性特征的关键。BEM理论模型将风力机叶片沿展向划分为多个独立的控制单元，假设相互单元之间的流场并不存在气动干扰，从而将三维问题化简为二维问题。极大地提高了计算效率，为风力机的气动弹性响应分析提供了条件。通过将动量理论与叶素理论耦合并迭代求解，可获得当前翼型条件下的轴向及周向诱导因子和的量值，进而确定当前翼型的作用力。在此基础上将各控制单元的受力沿展向积分即可获得叶片的整体气动特性。 2结构动力学计算模态叠加模型风力机结构动力学计算模型整体上可以分为模态叠加法、多体动力学计算方法及有限元分析方法。其中模态叠加法通过将叶片的各阶振型乘以响应系数后叠加起来计算其动力学响应，具有快速、高效等特征，是目前风力机气动弹性分析使用的主要方法。本文基于广义作用力方程，利用Duhamel积分可以求得叶片运动数值解，再将各阶模态对应的广义位移转换到物理空间可以得到以下位移结果：

垂直轴风力发电机研究报告

垂直轴风力发电机研究报告 1.垂直轴与水平轴对比垂直轴风力发电机与水平轴风力发电机相比，有其特有的优点： ①水平轴风力发电机组的机舱放置在高高的塔顶，而且是一个可旋转360 度的活动联接机构，这就造成机组重心高，不稳定，而且安装维护不便。垂直轴风力发电机组的发电机，齿轮箱放置在底部，重心低，稳定，维护方便，并且降低了成本。 ②风力发电机的客户越来越需要使用寿命长、可靠性高、维修方便的产品。垂直轴风轮的翼片在旋转过程中由于惯性力与重力的方向恒定，因此疲劳寿命要长于水平轴风轮；垂直轴风力发电机的构造紧凑，活动部件少于水平轴风力机，可靠性较高；垂直轴系统的发电机可以放在风轮下部甚至地面上，因而便于维护。 ③风力发电机由于高度限制和周围地貌引发的乱流，常常处于风向和风强变化剧烈的情况，垂直轴风力发电机有克服“对风损失”和“疲劳损耗”上有水平轴风力发电机不可比的优点，且理论风能利用率可达40％以上．因此在考虑了较小的启动风速和对风力机影响较大的“对风损失”之后，从而提高垂直轴风轮的风能实际利用率。 ④水平轴风力发电机组机仓需360度旋转，达到迎风目的。这个调节系统包含有旋转机构，风向检测，角位移发送，角位移跟踪等系统。垂直轴风力机不要迎风调节系统，可以接受360度方位中任何方向来风，主轴永远向设计方向转动。 ⑤水平轴风力发电机的翼片受到正面风载荷力，离心力，翼片结构相似悬臂梁。翼片根部受到很大弯矩产生的应力。而且翼片在旋转一周的过程中，受惯性力和重力的综合作用，惯性力的方向是随时变化的，而重力的方向始终不变，这样翼片所受的就是一个交变载荷，这就要求翼片有很高的的疲劳强度，因此大量事故都是翼片根部折断。而垂直轴风机的翼片主要承受拉应力，不易折断，寿命长。 ⑥水平轴风力发电机组翼片的尖速比高，一般在5～7左右，在这样的高速下翼片切割气流将产生很大的气动噪音，导致噪声污染。垂直轴风力机翼片的尖速比较水平轴的要小的多，这样的低转速基本上不产生气动噪音，无噪音带来的

轴流通风机最佳结构设计与技术细节处理

轴流通风机最佳结构设计与技术细节处理吴秉礼 / 长春花园机械有限公司分享到| 摘要：提出了轴流通风机最佳结构设计问题，着重对产品结构型式合理化和技术细节处理规范化进行了论述。关键词：轴流通风机；最佳结构；设计；技术细节；处理中图分类号：TH432文献标识码：B Optimal Structural Design and Technical Details Treatment of Axial Flow Fan Abstract: This paper has pointed out the optimal structural design problems in axial flow fan. Especially, this paper has focused on the rationalization of product structure and technical details treatment standardization. Key words: axial flow fan; optimal structure; design; technical details; treatment 0 引言轴流通风机气动设计计算完成之后要进行结构设计。气动设计解决的是产品性能的先进性，结构设计解决的是产品结构的合理性、使用的可靠性和维护的简便性等，并提供用于指导生产的设计图样。结构设计与气动设计密不可分并相互协调。以往，国内业界在轴流通风机气动设计与性能上研究论述较多，在结构设计上论述颇少。与离心通风机相比，轴流通风机研发不成功的机率较大[1]，究其原因：一是结构设计与气动设计之间的协调处理不妥；二是结构设计最佳化及其技术细节处理不当。轴流通风机结构设计最佳化是产品结构设计的期望，通常是依据空气动力学、结构力学、材料学和工艺学等基础知识以及相关标准为指导，结合设计者的实践经验，进行具体设计实现的。轴流通风机结构设计最佳化应包含产品结构形式的合理化、产品结构组成的模块化、产品结构技术细节处理的规范化、产品寿命的最大化以及产品维护的简便化等内容。本文将着重对产品结构型式的合理化和技术细节处理规范化进行研讨。 1 关于结构型式的合理化轴流通风机产品结构型式是依据气动略图确定的。产品结构型式的合理化是结构设计的前提和依据。对于管道轴流通风机，按叶尖处的流速系数和压力高低可大致分为三类[1]。叶尖处流速系数定义为：Λ＝V a/ΩR=60V a/πDn,其中V a为轴向速度；Ω为叶轮旋转角速度；D＝2R为叶轮直径、半径；n为叶转工作转速。

风力机风轮的性能和设计方案

第3章一风力机风轮的性能和设计方案 3．1一引言本章主要介绍风力机风轮及其相关部件,侧重于风轮分类二设计方案二性能及关键的设计要求三将介绍广泛用于现代风力机组的不同类型风轮,尤其是其设计的简洁性和可靠性三一维(1D)二二维(2D)和三维(3D)的气动分析将应用在风力机风轮中,重点是功率系数和升力系数的分析三首先,对理想风轮结构设计的一维简单模型进行评估,以确定轴向速度二风轮的压降和作用在控制体上压力的轴向分力的关键作用三通过它们对轴向速度的影响,将确定循环控制流的关键参数三在本章将引述造成尾流速度跳变的原因,定义静态不可压缩无摩擦气流的条件和参数三在从风轮后侧到风轮前侧的远上游地区可以合理运用伯努利方程三理想风轮的轴向动量方程可以运用某些假设推导得到三作为轴向诱导因子和轴向风速的函数,将推导出风轮转速的表达式三一一风轮的类型及其性能本章将简要介绍风力机风轮及其性能和关键性能参数三上风向和下风向风轮广泛应用于水平轴风力机,而萨窝纽斯风轮和达里厄式风轮最适合用于垂直轴风力机三当叶尖速比为1~2．5时,萨窝纽斯风轮的效率通常很低,当叶尖速比超过3时效率会提高三当叶尖速比为3和4时,风轮效率分别为53%和57%三在叶尖速比为5~10时,萨窝纽斯风轮具有高于58%的恒定效率三定义叶尖速比为叶尖速与初始风速的比值三在叶尖速比为5~7时,达里厄式风轮的效率约为28%~32%,当叶尖速比为6时效率达到最大33%三由于其相对较低的效率,达里厄式风轮只用于小容量风力机三上风向和下风向风轮的效率更高,通常用于水平轴风力机和螺旋桨式风车三风车风轮的理想效率很高:当叶尖速比为1二2二3二4二5二6和7时,效率分别为41．5%二51．2%二54．8%二57．2%二57．5%和58%三上风向和下风向风轮最适合用于在高叶尖速比下运行的大容量风力机三一一叶片螺旋叶片是风力机风轮最关键的部分三风轮设计阶段,风轮的性能二安全性和机械完整性相当重要三无论何种风况,风轮叶片必须遵循空气动力学和流体力学的

水平轴与垂直轴风力发电机的比较

水平轴与垂直轴风力发电机的比较班级：学号：姓名：摘要：本文主要对水平轴风力发电机与垂直轴风力发电机在设计方法、结构等多方面进行了比较，最终得出垂直轴风力发电机大有可为的结论。关键词：风力发电机；垂直轴；水平轴；设计； 1 引言风能是一种取之不尽,无任何污染的可再生能源。地球上的风能资源极其丰富，据专家估计，仅1%的地面风力就能满足全世界对能源的需求。人类利用风能已有数千年历史，在蒸汽机发明以前风能曾作为重要的动力，应用于人类生活的众多方面。风力发电的探索，则起源于19世纪末的丹麦，但是直到20世纪70年代以前，还只有小型充电用风力发电机达到实用阶段。1973年爆发石油危机以后，美国、西欧等发达国家为寻求替代石油燃料的能源，投入了大量经费，动员高科技产业，利用计算机、空气动力学、结构力学和材料科学等领域的新技术研制风力发电机组，开创了风能利用的新时代。由于风力发电技术的不断发展，风力发电越来越受到世界各国的重视。垂直轴风车很早就被应用于人类的生活领域中，中国最早利用风能的形式就是垂直轴风车。但是垂直轴风力发电机的发明则要比水平轴的晚一些，直到20世纪20年代才开始出现（Savonius式风轮——1924年，Darrieus式风轮——1931年）。由于人们普遍认为垂直轴风轮的尖速比不可能大于1，风能利用率低于水平轴风力发电机，因而导致垂直轴风力发电机长期得不到重视。随着科技的发展和人类认识水平的不断提高，人们逐渐认识到垂直轴风轮的尖速比不能大于1仅仅适用于阻力型风轮（Savonius式风轮），而升力型风轮（Darrieus式风轮）的尖速比甚至可以达到6，并且其风能利用率也不低于水平轴。近年来，越来越多的机构和个人开始研究垂直轴风力发电机，并取得了长足的发展。

对旋轴流风机毕业设计说明书精品

摘要本文主要论述了风机的分类、应用领域及国内外的发展状况。针对局部通风机进行了结构设计。该风机由集流器、叶轮、电机、风筒、扩散器等部分组成。风机的两级叶轮分别用两个相同型号的隔爆电机驱动，可根据需要来调节风压和流量。在风机的入口和出口处采用了外包复式消声结构来降低噪声。该风机主要应用于煤矿井下掘进工作面的局部通风.它具有体积小、流量大、风压高的优点,非常适合井下巷道的长距离通风. 本文主要的研究内容包括；（1）由给定设计参数进行了风机的第一、二级叶轮的参数计算。（2）应用等环量方法进行空气动力计算。（3）风机各部分的结构设计（4）流线罩与扩散器的尺寸参数计算。（5）风机噪声的控制。关键词对旋轴流风机轮毂比叶轮

Abstract This article mainly the air blower classification, the application domain and the domestic and foreign development condition. Has carried on the structural design to the partial ventilator. This air blower by the slip ring, the impeller, the electrical motor, the air duct, the fan diffuser and so on partially is composed. Two same model type motors Separately drivend two levels of impellers. The article can according to need to adjust the wind pressure and the current capacity. The air blower entrance and the export have wrapped the noise elimination material may the noise reduction . This air blower mainly applies to the mine pit face of heading Partial ventilates. It has the young volume, flux is big, the wind pressure higher merit. extremely suits the mine shaft tunnel the long distance to ventilate This article main research content includes: (1)By assigned the design variable to carry on the air blower first, t wo level of impeller parameter computation. (2) With Equal circulation method carries on aerodynamic design.(3) Calculates slip ring and the the fan diffuser size parameter(4) air blower noise control. Key words counter-rotating axial fan hub ratio impeller

风力机叶片翼型气动性能设计计算方法的分析与研究

2007年,第3期 - -收稿日期:2007-01-15 作者简介:黄华(1980-),男,江西抚州人,硕士研究生,主要从事风力机叶片翼型气动性能计算研究。风力机叶片翼型气动性能设计计算方法的分析与研究黄华,张礼达 (西华大学能源与环境学院,四川成都610039) 摘要:基于翼型理论和线性动量理论对叶片翼型截面升力公式的计算,导出对非设计工况来流角计算的迭代式。应用牛顿-拉普森迭代法对来流角进行计算,根据结果再计算叶片截面的升力、推力、切向力、功率等气动参数。提出一种风力机叶片翼型气动性能的计算和校核设计方法。关键词:气动性能;迭代法;风力机中图分类号:TK83 文献标识码:A 文章编号:1004-3950(2007)03-0045-03 Analysis and study on desi gn and calculation m ethod of aerodyna m ic perfor mance for airfoils of w i nd turbi ne H UANG H ua ,Z H AN G Li -da (Schoo l o f Ene rgy and Env ironment ,X ihua U n i versity ,Chengdu 610039,Ch i na) Abstrac t :Based on aerofo il t heory and the pr i ncipa l o f linear mom entu m to the calcu lati on of t he lift f o rce for m ulae of b l ade section ,t he itera ti on f o r t he apparentw i nd ang l e pred i ction was obta i ned .By usi ng N ew ton -R aphson iterati on the angle w as calculated .A fter tha t ,the lift ,t hrust ,c ircu m f e renti a l force ,and powe r of the ro t o r was d i m ensi oned .A new ca lcu l a ti on and desi gn m e t hod o f aerodyna m ic perfo r mance for a irfoils of w i nd t urbi ne w as presented .K ey word s :aerodyna m i c perfor m ance ;N ew ton -R aphson itera ti on ;w i nd turb i ne 0 引言气动性能计算是风力机设计和校核中的重要环节。设计出桨叶的气动外形后,计算其气动性能,可以作为对设计结果的评价;气动性能计算结果也可以作为反馈,修正桨叶气动外形提供的数据[1] ,准确的气动性能计算能够提高风轮获取更多的外界风能,风力机桨叶的强度、刚度及稳定性的校核也依赖于气动性能的计算。由于外界来流风速的多变性,风力机桨叶的气动性能计算和校核是一个很复杂的计算过程。计算叶片在实时叶尖比的受力和转轮叶片的来流风速是很复杂的,目前各种计算和修正方法给出的都是叶片在设计叶尖比条件下( D )的叶片气动性能参数的计算[2-3] 。对叶片进行设计计算特别在设计叶片的扭曲角时,要计算校核叶片不同半径处的尖速比、形状参数、叶片弦长, 以得到最佳的叶片气动性能,C AD 软件对结构图形设计有很大的帮助,在计算和校核方面有待采用更直接和有效的方法[4] 。本文从叶片翼型理论和线性动量理论对升力的计算等式出发,得到对叶片非设计工况条件下受力的计算迭代式。考虑各种损失修正讨论迭代式的变换,给叶片气动性能在非设计工况而不单单是设计工况下的计算提供了一个研究和讨论的方法。 1 基础理论根据施米茨理论计算叶片的外形几何尺寸。叶片在设计叶尖比条件下( D )对于旋转平面的来流角是给定的,用这个来流角能够计算叶片能从外界获取的最大能量。叶片的弦长c 和叶片的扭曲角也给定,这样才能保证风轮运行在设计叶尖比下时,在获取外界最大能量时需要的来流角和角一致。新能源及工艺

单级轴流式风机技术特点

单级轴流式风机技术特点 1）叶轮叶轮是轴流风机的主要部件之一。气流通过旋转的叶轮，才能得到能量，并沿轴做螺旋的轴向流动。图4－2－8、4－2－9为风机的叶轮图，它由动叶、轮毂、叶柄、叶柄轴承、平衡重等组成。叶轮为焊接结构，重量轻，惯性矩小。叶片和叶柄等组装件的离心力通过推力球轴承传递至承载环上。 2）液压润滑装置液压油站由油箱、油泵装置、滤油器、冷却器、仪表、管道和阀门等组成，其结构为整体式。工作时，油由齿轮泵从油箱中吸出，经单向阀，双筒过滤器送给叶片调节装置，由于其压力较高，故称为压力油。另一路油经压力调节阀，单向阀、冷却器、节流阀、流量继电器等供轴承润滑。为了风机的运行可靠，油站中大部分器件均为两套，设两台齿轮油泵，一用一备，正常时工作油泵运行，遇有意外时，压力开关发信号启动备用泵，保证继续供油。油泵的出口压力由安全阀来调定，一般在3.5Mpa。滤油器为双套结构，一只工作，一只备用，当工作滤芯需要清洗或更换时，只要扳动三通阀即可实现。当冷油器发生意外需清洗或调换时，可以切换三通阀来进行旁路。电加热器用于加热油液，使得油保持一定的粘度。

3）中间轴和联轴器风机的转子通过风机侧的半联轴器、电动机侧的半联轴器和中间轴同电机相连。五、风机的运行和维护 1）风机的启动 A．启动前的检查。检查与风机启动有关的润滑油系统、冷却水系统、液压油系统、一些保护和联锁装置、监测装置投入运行。 B．风机启动可以采用就地、遥控和程控的方式启动，但是在风机检修后试转时，一般采用就地近控启动，现场有专人检查风机的转向是否符合要求，检查风机的升速和运转情况，以便在异常工况下及时分析处理。同时监测风机的电流和启动时间，并进行风量的调节。风机试转时应确认系统内无积粉，以避免大量的可燃物进入炉膛，以防炉膛爆炸或烟道内可燃物再燃烧。 C．为保证风机的安全，风机应在最小负载下启动，即风机的动叶角度为0，出口挡板关闭，这是因为轴流风机的轴功率N是随着风量Q的增加而减小。如图4－2－10为带有动叶调节的送风机性能曲线，从图中可以知道动叶角度越小、风量越大时风机的轴功率将越小。 D．风机启动后逐渐开启动叶，同时注意避开喘振区。启动正常后应全面检查风机的运行工况，包括：电动机及机械