风力机叶片的设计ppt课件
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风机叶片构造ppt课件
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Ming Yang 1.5 MW / Loop 1 Development / December 2006
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挡雨环
Ming Yang 1.5 MW / Loop 1 Development / December 2006
人孔盖
Ming Yang 1.5 MW / Loop 1 Development / December 2006
铭牌
Ming Yang 1.5 MW / Loop 1 Development / December 2006
雷电峰值卡卡片夹
Ming Yang 1.5 MW / Loop 1 Development / December 2006
避雷系统电阻
Ming Yang 1.5 MW / Loop 1 Development / December 2006
叶片固定工装示意图
Ming Yang 1.5 MW / Loop 1 Development / December 2006
叶片固定工装
Ming Yang 1.5 MW / Loop 1 Development / December 2006
向塔架变形。 导雷系统： 接收和传导雷电的系统 接收器： 装进叶片表面的金属设备来传导电流以使叶片
避免电击破坏。
叶片扭旋： 所有叶片轮廓截面上的叶片扭旋。
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叶片（blade）
Ming Yang 1.5 MW / Loop 1 Development / December 2006
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。
风力发电机PPT课件
图3-15 电磁式直流发电机结构
2023/8/18
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（2）永磁式交流同步发电机
永磁式交流同步发电机的转子 上没有励磁绕组，因此无励磁绕 组的铜损耗，发电机的效率高； 转子上无集电环，发电机运行更 可靠；采用钕铁硼永磁材料制造 的发电机体积小，重量轻，制造 工艺简ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，因此广泛应用于小型 及微型风力发电机中。
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第37页/共119页
2）超同步运行状态。此时n>n1，转差率s<0，转子中的电流相序发 生了改变，频率为f2的转子电流产生的旋转磁场的转速与转子转速反方
向，功率流向如图所示。
3）同步运行状态。此时n=n1，f2=0，转子中的电流为直流，与同步
发电机相同。
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1
6
S
5
N
N
S 4
2 3
图3-17 凸极式永磁发电机结构示意图
1—定子齿 2—定子轭 3—永磁体转子 4—转子轴 5—气隙 6—定子绕组
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（3）硅整流自励式交流同步发电机
如下图，硅整流自励式交流同步发电机电路原理图。
硅整流自励式交流同步发电机一般带有励磁调节器，通过自动调节励 磁电流的大小，来抵消因风速变化而导致的发电机转速变化对发电机 端电压的影响，延长蓄电池的使用寿命，提高供电质量。
本章主要内容
3.1 风的特性及风能利用 3.2 风力发电机组及工作原理 3.3 风力发电机组的控制策略 3.4 风力发电机组的并网运行和功率补偿 3.5 风力发电的经济技术性评价
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风电叶片气动设计PPT课件
K Cy Cx
叶片各切面示意图
叶片各切面示意图
叶片各切面示意图
叶片设计一般流程
1. 确定叶片厚度分布 2. 确定叶片个切面扭角 3. 优化叶片弦长 4. 布置叶片变距轴线 5. 设置叶尖和叶根
设计目标： ➢ 最大风能利用系数/最大
发电量 ➢ 合理可接受的载荷 ➢ 较低的噪声
叶片各切面翼型选择
NACA四位数字翼型，以NACA 2412为例
第一位数字2—— f 2% 相对弯度
第二位数字4—— x f 40%
最后两位数字12—— c 12% 相对厚度 所有NACA四位数字翼型的 xc 30%
翼型参数含义
NACA六位数字翼型，以NACA 643-618为例 第一位数字6—— 指所属的翼型族号 第二位数字4—— 指当翼型弯度为零时，零迎角下最
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
叶尖：高的升阻比（Cl/Cd）,薄翼型 叶根：高升力系数（Cl），由于结构原因要求大厚度 叶片中段：协调翼型厚度和升阻比
Betz 设计
叶尖速比
Betz 扭角设计
Betz 设计
Betz 弦长设计
Betz 设计
14 12 10
8 6 4 2 0
0
10
20
30
40
Hale Waihona Puke 5060Betz 设计
叶片弦长和叶片数量的关系
低压强点 xcp值的十分数
叶片各切面示意图
叶片各切面示意图
叶片各切面示意图
叶片设计一般流程
1. 确定叶片厚度分布 2. 确定叶片个切面扭角 3. 优化叶片弦长 4. 布置叶片变距轴线 5. 设置叶尖和叶根
设计目标： ➢ 最大风能利用系数/最大
发电量 ➢ 合理可接受的载荷 ➢ 较低的噪声
叶片各切面翼型选择
NACA四位数字翼型，以NACA 2412为例
第一位数字2—— f 2% 相对弯度
第二位数字4—— x f 40%
最后两位数字12—— c 12% 相对厚度 所有NACA四位数字翼型的 xc 30%
翼型参数含义
NACA六位数字翼型，以NACA 643-618为例 第一位数字6—— 指所属的翼型族号 第二位数字4—— 指当翼型弯度为零时，零迎角下最
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
叶尖：高的升阻比（Cl/Cd）,薄翼型 叶根：高升力系数（Cl），由于结构原因要求大厚度 叶片中段：协调翼型厚度和升阻比
Betz 设计
叶尖速比
Betz 扭角设计
Betz 设计
Betz 弦长设计
Betz 设计
14 12 10
8 6 4 2 0
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10
20
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Hale Waihona Puke 5060Betz 设计
叶片弦长和叶片数量的关系
低压强点 xcp值的十分数
风力机叶片的设计23页PPT
Thaபைடு நூலகம்k you
风力机叶片的设计
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
风力机叶片的设计
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
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。
风力发电叶片ppt课件
1. 叶片变性前后形状
2. 应力分布
最大应力：14.49兆帕
3. 应变分布
最大应变：0.4095%
4. 位移分布
最大位移：1.748米
精品课件
5
• 碳纤维复合材料在叶片的有限元模型的应用
•横梁盖（红色部分）: 玻璃纤维复合材料 碳纤维复合材料
比起玻璃纤维，碳纤维具有更高 的刚度和强度。
精品课件
6
• 分析结果: flapwise静载荷条件,碳纤维
1. 叶片变性前后形状
2. 应力分布
最大应力：9.451兆帕
3. 应变分布
最大应变：0.2739%
4. 位移分布
最大位移：1.781米
精品课件
7
• 分析结果: edgewise静载荷条件,碳纤维
1. 叶片变性前后形状
2. 应力分布
最大应力：8.339兆帕
3. 应变分布
最大应变：0.2265%
4. 位移分布
最大位移：0.8488米
精品课件
8
结论
在同样的加载条件下，碳纤维复合材料叶片的应力， 应变，位移均比玻璃纤维复合材料叶片小。
精品课件
9
感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络， 如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！
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F1=105N
F2=3x105N
10m
30m
精品课件
3
• 分析结果: flapwise静载荷条件,玻璃纤维
1. 叶片变性前后形状
2. 应力分布
最大应力：18.19兆帕
风力机叶轮设计.
1 2 P S(v 1 v 2 )(v 12 v 2 ) 4
2 v 1 是已知条件，所以可得 v 2 1 v 1 时，此时 v v 1 风轮功率最大。 3 3
所以，风轮的功率如下
Pmax
8 Sv 13 27
max
Pmax
1 Sv 13 2
16 0.593 27
表明粗糙度和雷诺数的影响
粗糙度对表面边界层的影响很大，在叶片失速的时候，噪声会增大，引起震 动。 有限翼展的影响 会在叶尖产生涡流，形成阻力，该阻力称为诱导阻力。
实际工程中设计方法介绍 Glauert理论
对于有限长的叶片，叶轮叶片的下游存在着尾迹涡，从而形成两个主要 的涡区；一个在轮毂附近，一个在叶尖。对于空间的某一个定点，其风 速可以被认为是由非扰动的风速和涡流系统产生的风速之和。
C lnl
16 9
r
4 2 (1 tan ) 9 3
2
设叶尖处和距转轴半径r处的尖速比分别为 同时，由于
0
tan
R v1
和
r v1
，
为小值，所以上式可以再简化为
16 C lnl 9
R r2 4 0 0 2 9 R
2
只需要再确定R和
0 的值即可。
Glauert的升级版，考虑的非工况下 风轮的性能
基于Soildworks的叶片绘制（前端处理）
用Profili软件进行数值模拟
用ANSYS进行叶片动静载荷，震动分析
叶片材料
木制叶片及布 蒙皮叶片
• 近代微、小型，观赏用风力发电机也有用木制叶片，由于叶片不易弯曲，常采用等安装角叶片。在采用木 制叶片的时候需要用强度很好的整体方木做叶片纵梁来承担工作时候所需要承担的力和弯矩。
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73.1583
-0.0125
75.252
-0.011
76.5039
-0.0093
75.8358
-0.0075
7风7力.7机3叶72 片的设计-0.0063
风力机叶片的设计
（5）、确定各个截面的安装角和弦长。
1）、确定翼型的设计升力系数和最佳攻角 2）、应用Glauert方法设计
风力机叶片的设计
1）、确定翼型的设计升力系数和最佳攻 角 根据Profili软件输入翼型型号NACA23012,可得到表3-1和图3-1、图3-2、图3-3及图3-4如下所示
0.01 0.0103 0.0107
0.011 0.0114
0.012 0.0123 0.0127 0.0134 0.0137
Cl/Cd
Cm
-30.917
-0.0119
-34.019
-0.0078
-35
-0.0043
-35.7263
-0.0014
-33.976
-0.0049
-31.9481
-0.009
Alfa -8
-7.5 -7
-6.5 -6
-5.5 -5
-4.5 -4
-3.5 -3
-2.5 -2
-1.5 -1 0
0.5 1
1.5 2
2.5 3
3.5 4
4.5 5
5.5 6
6.5 7
7.5 8
8.5
Cl -0.7451 -0.7144
-0.679 -0.6395 -0.5674
-0.492 -0.4268
350 1400
1.13
4
r
r4 R
4.51
440 1400
1.42
5
r
r5 R
4.51
530 1400
1.71
6
r
r6 R
4.51 620 1400
2.00
7
r
r7 R
4.51 710 1400
2.29
8
r
r8 R
4.51 800 1400
2.58
9
r
r9 R
4.51
890 1400
2.87
10
r
风电机组设计
第三组
风力机叶片的设计
(一) 设计理论 (二) 相关参数确定 (三) 叶片的设计过程 (四) 总结 (五) 主要参考文献
风力机叶片的设计
（一）设计理论
叶素理论
叶素理论的基本出发点是将风轮叶片沿展向分成许多微段，称这些微段为叶素。假设在每个叶素上的流动相互之间没有干 扰，即叶素可以看成是二维翼型，这时，将作用在每个叶素的力和力矩沿展向积分，就可以求得作用在风轮上的力和力矩。
-0.355 -0.2778
-0.223 -0.1688 -0.1176 -0.0773 -0.0315
0.017 0.1182 0.1677 0.2293 0.2927 0.3685
0.438 0.5114 0.5873 0.6512 0.6972 0.7421 0.7887 0.8339 0.8779 0.9256 0.9716 1.0162
=2.8m 则风轮半径 R=1.4mm。
风力机叶片的设计
(2)计算叶片长度。假设轮毂半径为 80mm，那么叶片长度 Lb 为
Lb =R- rhub =1400-80=1320mm
风力机叶片的设计
(3)等分叶片。把它分成 15 等份，则每等份为 88mm，取成整数后可以把前 14 个 截面段分为 90mm，这样，最后一个截面段为 60mm。 计算各截面周速比。首先计算出额定叶尖速比r
r10 R
4.51 980 1400
3.16
11
r
r11 R
4.51 1070 1400
3.45
12
r
r12 R
4.51 1160 1400
3.74
13
r
r13 R
4.51 1250 1400
4.03
14
r
r14 R
4.51 1340 1400
4.32
15
r
r5 R
4.51
1400 1400
4.51
1.065
Cd 0.0241
0.021 0.0194 0.0179 0.0167 0.0154 0.0131 0.0121 0.0115 0.0103 0.0099 0.0093 0.0074 0.0067 0.0065 0.0066
0.007 0.0074 0.0079 0.0084 0.0089 0.0093 0.0097
r = n R / (30U1) = 2403.141.4 30 7.8 =4,51
风力机叶片的设计
(4)计算各截面的周速比
0
=
r
×
r0 R
=4.51× 80 1400
=0.26
1 =
r
× r1 R
=
4.51
170 1400
0.55
2
=r
r2 R
4.51 260 1400
0.84
3
=r
r3 R
4.51
1 2
Bcv02Cn dr
（2-3）
式中 B--叶片数。
作用在风轮平面 dr 圆环上的转矩为
（2-4）
dM
1 2
Bcv02Ct rdr
风力机叶片的设计
（二）相关参数确定
•
风力机叶片的设计
（三）叶片的设计过程 （1）计算风轮直径。利用公式
D= 8Pu / CpU1312
=
8 500
1.2253.147.83 0.40.72
-32.5802
-0.0111
-29.3388
-0.0145
-24.1565
-0.0188
-21.6505
-0.018
-17.0505
-0.017
-12.6452
-0.0154
-10.4459
-0.0128
-4.7015
-0.0104
2.6154
-0.0081
17.9091
-0.0043
23.9571
对每个叶素来说，其速度可以分解为垂直于风轮旋转平面的分量Vy0 和平行风轮旋转平面的分量Vy0 ，速度三角形和空气动力分量
如图 2-3 所示。图中：Φ角为入流角， 为迎角， 为叶片在叶素处的几何扭角。
合成气流速度 V0 引起的作用在长度为 dr 叶素上的空气动力 dFa 可以
分解为法向力 dFn 和切向力 dFt ， dFa 和 dFt 可分别表示为
-0.0019
30.9865
-0.0026
37.0506
-0.004
43.869
-0.0083
49.2135
-0.0113
54.9892
-0.0154
60.5464
-0.0199
65.12
-0.0219
67.6893
-0.0203
69.3551
-0.0183
71.7
-0.0166
73.1491
-0.0147
（2-1）
dFn
1 2
cV0
2
Cn
dr
1
2
dFt 2 cV0 Ct dr
其中 ——空气密度；c——叶素剖面弦长；；e、q——分别表示
法向力系数和切向力系数，即
（2-2）
Cn Cl cos Cd sin
Ct Clsin Cd cos
这时，作用在风轮平面 dr 圆环上的轴向力可表示为
dT