风轮叶片设计
风力发电与风轮机优化设计
三、未来展望
随着科技的不断发展，未来的风轮机优化设计将更加注重智能化、自动化的 设计方法。例如，利用人工智能和机器学习技术对风轮机进行优化设计已经成为 当前的研究热点。此外，随着数字化和智能制造技术的发展，未来的风轮机制造 将更加高效和精准。例如，采用增材制造技术可以显著缩短制造周期，提高生产 效率。
参考内容
随着全球对可再生能源需求的日益增长，风能作为一种重要的清洁能源，其 开发与利用越来越受到人们的。水平轴风力发电机组作为风能利用的主要形式， 其性能的优劣直接影响到风能的转换效率和发电成本。而风轮叶片作为水平轴风 力发电机组的核心部件，其设计优化对于提高机组性能具有至关重要的意义。
一、水平轴风力发电机组概述
参考内容二
随着全球能源结构的转变，可再生能源在能源供应中的地位日益重要。风力 发电作为一种清洁、可再生的能源，在全球范围内得到了广泛的应用。然而，风 力发电的功率输出受到多种因素的影响，如风速、风向、温度等，这些因素的变 化使得风力发电的功率输出具有很大的不确定性。因此，如何提高风力发电系统 的功率预测精度，优化功率预测策略，对于提高风力发电系统的运行效率、降低 运行成本、提高电力系统的稳定性具有重要意义。
3、控制策略优化：风轮机的控制策略对其性能有着重要影响。通过对控制 策略进行优化，可以实现风轮机的自适应调节，以适应不同的风速和风向条件。 例如，采用先进的控制算法，可以实现风轮机的最优控制，提高其发电效率。
4、可靠性提升：在优化设计的过程中，还需要考虑提高风轮机的可靠性。 通过对风轮机的结构和控制系统进行可靠性分析，可以找出潜在的问题和风险， 并采取相应的措施进行改进和预防。例如，采用冗余设计和故障诊断技术，可以 显著提高风轮机的可靠性。
4、实时监测与调整
风力发电机组风轮叶片标准
风力发电机组风轮叶片标准1 概述“风力发电机组风轮叶片”标准是适用于并网型风力发电机组风轮叶片的标准，规定了其风轮叶片通用技术条件。
2 依据所摘要的“风力发电机组风轮叶片”标准是中华人民共和国机械工业局于2000-04-24批准的，自2000-10-01实施。
主要起草人：田野、石海增、鲁金华、田卫国、陈余岳。
3设计要求3.1.1总则叶片气动设计是整个机组设计的基础，为了使风力发电机组获得最大的气动效率，建议所设计的叶片在弦长和扭角分布上采用曲线变化；设计方法可采用GB/T13981-1992《风力机设计通用要求》中给定的方法。
可采用专门为风力发电机组设计的低速翼型。
3.1.2 额定设计风速叶片的额定设计风速按A中表A1 中规定的等级进行选取。
3.1.3 风能利用系数Cp为了提高机组的输出能力，降低机组的成本，风能利用系数Cp应大于等于0.44。
3.1.4 外形尺寸叶片气动设计应提供叶片的弦长、扭角和厚度沿叶片径向的分布以及所用翼型的外形数据。
3.1.5气动载荷根据气动设计结果，考虑有关适用标准给定的载荷情况，计算作用在叶片上的气动载荷。
3.1.6 使用范围叶片的气动设计应明确规定叶片的适用功率范围。
无论是定桨距叶片还是变桨距叶片，都要求其运行风速范围尽可能宽。
对于变桨距叶片，要给出叶片的变距范围。
3.2结构设计3.2.1总则叶片结构设计应根据3.1.5 中的载荷，并考虑机组实际运行环境因素的影响，使叶片具有足够的强度和刚度。
保证叶片在规定的使用环境条件下，在其使用寿命期内不发生损坏。
另外，要求叶片的重量尽可能轻，并考虑叶片间相互平衡措施。
叶片强度通常由静强度分析和疲劳分析来验证。
受压部件应校验稳定性。
强度分析应在足够多的截面上进行，被验证的横截面的数目取决于叶片类型和尺寸，至少应分析四个截面。
在几何形状和（或）材料不连续的位置应研究附加的横截面。
强度分析既可用应变验证又可用应力验证，对于后者，应额外校验最大载荷点处的应变，以证实没有超过破坏极限。
1011第十-十一讲 叶片设计理论
N max
1 2
C
p
sv13
34
而
1 2
sv1正是风速为
v1
的风能,故
Nmax CpT
Cp =0.593说明风吹在叶片上,叶片所能获得的最
大功率为风吹过叶片扫掠面积风能的59.3%.贝茨
理论说明,理想的风能对风轮叶片做功的最高效率
是59.3%。
35
通常风力机风轮叶片接受风能的效率达不到59.3%， 一般设计时根据叶片的数量、叶片翼型、功率等 情况，取0.25～0.45。
' 1 z
2
42
因为， 可得：
a' (Z ) /
Z (a'1)
气流对叶轮的角速度
' 1 (1 a' )
2
(2)
43
三、动量理论
图9 动量理论简图
44
在叶轮上r--r+dr的环域内应用动量定理（如图 9），则风作用在该环域上的轴向推力为
26
s
v1
s1
v
s2 v2
图7 贝茨（Betz）理论计算简图
vv12
s
—叶片前的风速；
v
—风经过叶片后的速度； —风经过叶片时的面积；
ss12
—风经过叶片时的速度； —叶片前风速的面积； —风经过叶片后的面积
27
分析一个放置在移动的空气中的“理想风轮”叶 片上所有受到的力及移动空气对风轮叶片所做的 功。
22
当空气经过风轮圆盘时显然有静压降存在，以至 于空气离开风轮时其压力会小于大气压力。空气 流就会以减小的速度和静压向下游前进——这个 气流域被称为尾流。
叶片设计中影响风轮装置传动的几项关键参数的分析
Ｆ
１ ． ２ ． ２ 确定 叶片数
１ ） 叶片尖 速 比， 是 叶 片 叶 尖 圆 周 速 度 与 风 速 比
值 …。在 风速 一 定 的情 况 下 ， 叶片数越多 ， 叶 片 的 角
速度 、 半 径 Ｒ 与 速 度 的 比值 越 接 近 １ 。 由表 １ —１所 示
整体 风 轮 叶 片形 状 不 像 风 轮 发 电机 中 的 叶 片翼 型设 计 ， 是根 据 风 轮 给 定 的 毛 坯 形 状 设 计 叶片 迎 角 。 如 图 ５所 示 ， 采用 变截 面 叶形 从根 部 到 顶 部 叶根 部 分 攻角 为 ２ ５ 。 ， 叶顶 部分 攻 角 为 ４ ５ 。 ， 设计 时减 ／ Ｊ ， 叶 片 厚
图 ９ 叶 片 弦 长
图１ ０ 整 体 叶 轮
设 计 后 叶 片 形 状 如 图 ９所 示 ， 叶 片形状 采 用变 截 面设 计 ， 长 度 方 向 每 个 截 面 受 到 的 阻 力 和 升 力
一
些 ， 但 是风 轮 输 出力 矩 大 很 多 ， 且 在 低 风 速 时 起 动
能 力也 强些 。
根 据上 述公 式推 论 ， 叶 片 个 数 在 ８～１ ２片 时 。 在
风速 ８ ～１ ２ ｒ ｎ ／ ｓ时 获 得 实 度 大 ， 叶尖 速 比小 ， 扭矩大 ， 适 合小 型风 轮装 置 。
设 计 的 尖 速 比 是 指 在 此 尖 速 比上 ， 所 有 的空 气 动 力学 参 数接 近 于 各 自的最 佳 值 ， 以 及 风 轮 效 率 达 到 最 大
值 。对 于 低 速 风 力 装 置 来 说 ， 尖 速 比 在 １附 近 有 较 高 的风 能利 用 系数 。
风力发电机叶片设计—
风力发电机叶片的设计经济、能源与环境的协调发展是实现国家现代化目标的必要条件。
随着全世界气候变暖与化石能源的不断消耗及其对环境的影响问题，其他能源的开发愈来愈受到重视，如核能、地热能、风能、水能等新能源及生物质能、氢能的二次能源的开发应用也日趋发展起来。
而在这些新兴的能源种类中，核能的核废料处置相当困难，而且其日污染相较火电厂更为严重，同时需要相当周密的监管控制能力以避免其泄露而产生不可估量的破坏，国际上这些例子也是相当多的。
而地热能的开发必将要依赖与高科技，在现今对地热开发利用还不完善的现状下，更是难以做到，而且其开发对地表的影响也相当大。
而风能则作为太阳能的转换形式之一，它是取之不尽、用之不竭的清洁可再生能源，不产生任何有害气体和废料，不污染环境。
海上，陆地可利用开发的可达2×1010kW，远远高于地球水能的利用，风能的发展潜力庞大，前景广漠。
自20世纪70年代中期以来，世界主要发达国家和一些发展中国家都在加紧对风能的开发和利用，减少二氧化碳等温室气体的排放，保护人类赖以生存的地球。
风力发电技术相对太阳能、生物质等可再生能源技术更为方便，本钱更低，对环境破环更小，作为清洁能源的主要利用方式而飞速发展，且日趋规模化。
一、叶片设计的意义在风力发电机中叶片的设计直接影响风能的转换效率，直接影响其年发电量，是风能利用的重要一环。
本文主如果设计气动性能较好的翼型与叶片并进行气动分析。
而翼型作为叶片的气动外形，直接影响叶片对风能的利用率。
此刻翼型的选择有很多种，FFA-W系列翼型的长处是在设计工况下具有较高的升力系数和升阻比，而且在非设计工况下具有良好的失速性能。
叶片的气动设计方式主要有依据贝茨理论的简化设计方式，葛老渥方式与维尔森方式。
简化的设计方式未考虑涡流损失等因素的影响，一般只用于初步的气动方案的设计进程；葛老渥方式则忽略了叶尖损失与升阻比对叶片性能的影响，同时在非设计状态下的气动性能也并未考虑；维尔森方式则较为全面是现今常常利用的叶片气动外形设计方式。
风力发电机叶片结构设计及其有限元分析(精品doc)
风力发电机叶片结构设计及其有限元分析摘要为了更好地发展我国的风力发电事业，实现风力发电机的国产化，必须深入开展风力机设计、分析方面的研究。
本文根据传统的的叶片设计方法设计了2MW 风力机叶片，并生成三维几何模型，然后利用有限元模拟对叶片进行了振动模态分析，得到各阶振动频率和振型，为防止结构共振提供了依据。
关键词：风力机，叶片，有限元模拟，优化THE FE SIMULATION AND OPTIMAL DESIGN OF WIND TURBINE COMPONENTSABSTRACTIn order to promote the capability of design and manufacturing of wind turbine in China, more study should be done in the field of wind turbine design and analysis. In this paper, a blade for 2MW wind turbine is designed according to the traditional design procedure and the 3D geometrical model is created. Then the modal analysis is done through the FE simulation to get the frequency and mode shape, which provides the theoretic basis to prevent resonance.KEY WORDS: wind turbine, blade, FE simulation, optimization第一章绪论1.1 能源问题及可再生能源的现状与发展受世界经济的发展和人口增长的影响，世界一次性能源消费量持续增加，1990年世界国生产总值为26.5 万亿美元(按1995 年不变价格计算)，2000 年达到34.3万亿美元，年均增长2.7%。
风力机叶片设计及翼型气动性能分析
风力机叶片设计及翼型气动性能分析风力机叶片是风力发电机的核心部件之一，其设计和翼型选择对风力机的发电效率、噪音和寿命等都有着非常重要的影响。
本文将介绍风力机叶片的设计及翼型气动性能分析。
一、叶片设计原理风力机叶片的设计目的是将大气中的风能转换成旋转能，并将其通过转轴传递给发电机，从而产生电能。
因此，叶片的设计主要围绕以下几点展开：1. 创造足够的扭矩：风力机的转子需要达到一定的转速才能发电，而叶片的弯曲和扭矩对于旋转速度的影响至关重要。
设计中需要选择合适的曲线形状和长度来实现理想的扭矩和转速。
2. 保证叶片的强度和稳定性：因叶片在高速旋转状态下会受到巨大的惯性力和风力力矩的作用，因此其材料和结构要足够坚固和稳定，以避免可能的断裂等事故。
3. 提高叶片的气动效率：叶片的气动效率是指其转化风能的能力，通常可以通过优化翼型、减小阻力、降低风阻等方法来提高。
二、叶片设计步骤1. 选定叶片长度：叶片长度通常是根据风力机的规格和性能要求来确定的，也可以根据标准长度来选择。
2. 选择翼型：翼型是叶片的重要组成部分，其形状和性能决定了叶片的阻力和气动效率。
目前，常用的翼型有NACA0012、NACA4415等，根据实际需求来选择。
3. 确定叶片曲线：叶片的曲线是决定扭矩和转速的关键因素，可以通过实验或模拟方法得到合适的曲线形状。
4. 优化叶片的结构：结构设计主要涉及到叶片的强度和稳定性，通常需要进行材料选择、计算等工作以保证叶片的安全性和寿命。
5. 模拟叶片气动特性：叶片的气动特性可以通过流场模拟、试验等方式来获取，可以根据实际需求来对叶片进行调整以达到理想的效果。
三、翼型气动性能分析翼型气动性能是指翼型在气流中运动时产生的力和力矩，其中，升力和阻力是翼型气动力的主要组成部分。
通过分析翼型气动性能，可以选择最优化的翼型来设计叶片。
1. 升力和阻力翼型的升力和阻力是由翼型形状、气流速度、攻角等因素共同决定的。
实际上，翼型的气动性能曲线通常都是非线性的，其升力和阻力特性会随着攻角的变化而不断变化。
03.019-2002 空调风轮、风叶选型与设计规范
.集团空调事业部企业标准QJ/MK03.019-2002 空调风轮、风叶选型与设计规范.1.范围1.1 本设计规范规定了空调器常用风轮：轴流、贯流和离心风轮的的设计基本要求、材料和选用原则；供设计人员在风轮设计时参考；1.2 本设计规范给出了外协厂加工制作的风轮的配套安装和部件的技术要求。
2.相关标准：QJ/MK05.050-2001 空调用风轮风叶技术条件GB1800.2-1998 公差、偏差和配合的基本规定（ISO286-1：1988）GB/T14486-93 工程塑料摸塑塑料件尺寸公差。
SJ/T10628-1995 塑料件尺寸公差。
QJ/MK05.916-2002 AS类塑料材料3.术语和定义：3.1 借用风轮：为空调内部结构改变不大时，采用的原同类规格空调的风轮；3.2 专用风轮：为空调内部结构变化较大，使用规格较少时新选配和新设计改进的风轮，往往无法借用通用件中的风轮。
3.3 叶轮形式定义：按气流的进、出气方向可以分为离心、轴流叶轮；气流两次流经叶片，横贯叶轮时称为贯流叶轮或横流叶轮。
3.4 叶轮的命名符号及意义：3.4.1 离心叶轮的命名和符号意义：MDLX（离心风轮）-D外直径*H（高度）-（生产厂家或供货厂家）-M（摸具编号A、B、C……）3.4.2 贯流叶轮：MDGL（贯流风轮）-D外径-（生产厂家或供货厂家）-M（摸具编号A、B、C……）3.4.3 轴流叶轮MDZL（轴流风轮）-D外直径*H（高度）-（生产厂家或供货厂家）-M（摸具编号A、B、C……）3.4.4 生产厂家代号规定：目前提供叶轮的工厂有如下单位，按厂家名称的汉语拼音第一个字母为厂家代号，例如：SW—顺威风轮；LD—郎迪风轮；TD—天大风轮；DY-宁波德业风轮；……4. 风轮的选用设计规范：4.1 风轮的选用原则：4.1.1 借用风轮的选用原则：4.1.1.1 风轮的形式选用：参考如下形式分类进行基本形式确定：分体室外机====轴流风轮：分体室内机====贯流（横流）风轮：有不等距、等距和斜扭等不同叶型规格柜机室内机====多叶离心风轮（有单吸和双吸之分）柜机室外机=====轴流风轮嵌入式室内机===离心风轮嵌入式室外机===轴流风轮商用空调室内机====多叶离心（单吸和双吸风轮）4.1.1.2风轮规格的确定在所采用的空调器结构没有更改的条件下，主要结构部件是指：板金结构件外型、蒸发器的结构形式和形状尺寸、电机的支架和安装位置、方式等，严格按照《标准件手册》---通用件中规定确定的风轮规格进行，不得任意更换风轮；在内部结构有更改或改进时，需要对《标准件手册》---通用件中推荐的叶轮进行匹配实验，风量和噪声测试验证，达到设计要求时可以采用；达不到整机的设计要求时，通过转速调节的方式来改进，再实验验证风量和噪声要求；如果还是达不到需求，则要通过新选叶轮和设计新叶轮的方式来实现，最后确认制做。