外文翻译-两叶风力涡轮机轮毂的机械设计、分析和测试

1 附录一 中文译文 两叶风力涡轮机轮毂的机械设计、分析和测试 公告 作为一个工作报道，本报告是由美国政府机构主办的 。无论是美国政府及其任何机构，还是他们的一些雇员，都不能做出任何明确的或是不明确的担保，也不能承担任何明确的法律责任和义务，不能纰漏任何信息、设备、产品、流程的完整性和有用性以及它的使用不会侵犯私人拥有的权利。此处提到任何具体的以商标、制造商命名的商业产品、流程或服务，然而不一定构成或暗示其认可和推荐，也不会偏袒美国政府及其任何机构。这里表达作者的观点和意见并不一定指定或反映美国政府及其任 何机构。 致谢： 我要感谢 们在枢纽设计上的宝贵经验和热情指导。我感谢 能在枢纽建设方面和把我许多设计改变进行合并的监督。我感谢我的学术顾问 . 生以及他的专业知识、建议和支持，感谢 助我校对许多草稿。 抽象性： 1993 年在金科罗拉多洲的国家风能技术中心，研究人员 开始执行非定常气动力实验，以更好地了解非定常气动力和水平轴风力涡轮机的结构响应。该实验由一个检测广泛的、顺风的、三叶的、 20 千瓦风力发电机组成。 1995 年 5 月，我收到了一份来自 求设计两个叶片枢纽的实验。对于我的论文中，我提出了轮毂机械设计、分析和测试的结果。我设计的枢纽是独一无二的，因为它的刀片是以刚性、稳定性以及独立性的模式运行的。此外，该设计也是不寻常的，因为它使用的是两个伺服电机独立刀片。这些功能是被用于审查减少新负载，降低噪音，优化叶片间距以及偏航控制两叶片涡轮机技术。我通过使用 G. W. 方法来设计枢纽。除了达到指定的不稳定范围的 90%，枢纽其他所有的性能规格都满足。在我的论文中，我把重点放在枢纽机构的分析和测试上。我执行了固体力学计算，进行有限元模拟分析以及调查实验枢纽主体结构的完整性。预测和实验结果都表明，枢纽主体结构是适当的。 在这篇论文中，我描述了一个带有两个叶片实验性不稳定风力发电机轮毂的设计、分析和测试。在这一章中，我提出风力涡轮机技术的发展简史，现代风力涡轮机概述以 2 及设计问题的描述。 述风能历史和现状 人类开发风力涡轮 机已超过 2000 年。 据 他的风能一书中介绍，在近期发展中，公元前 200 年的波斯钢厂，首个风力涡轮机是最简单的垂直轴可能用来磨粮食。到公元 11 世纪，风车已经蔓延整个中东地区，并在 13 世纪由改革者介绍这门技术到欧洲 1。 到了 14 世纪荷兰有领先的风车技术。荷兰风车广泛排在三角洲莱茵河畔的沼泽和湖泊。在 16 世纪，荷兰开始建设风力造纸厂、榨油厂和锯木厂。 20 世纪初的世界各地，风车被广泛当做泵用在农村地区抽水。今天在那些发展中国家和生活在电源线范围之外的地区这种抽水方式仍然很重要 。在 20 世纪 80 年代初的现代国家，风能发展的重点是生产来自集中控制风力涡轮机的阵列成为风电场 2。 在 20世纪 70年代末，导致美国石油危机的高油价让风力发电厂是可行的。因此，美国风能产业以前所未有的速度增长。然而，在这十年末期，石油危机缓解和美国免税期满造成风力涡轮机的热潮消退。最近，风电行业已开始再次兴旺，风力发电已成为增长最快的能源来源。据 绍， 1996年全球超过 25000个风力涡轮机产生超过 700百万亿瓦小时（亿千瓦时），或约现在世界每年的电力需要的 1%。到 2000年，风 力发电预计增加 60%至 11亿千瓦时 3。在 1980年，新的工程技术已降低风能安装价格，从 35美分每千瓦小时降低至今天的少于 5美分每千瓦小时 4。是风能的未来依然光明 5。新的制造技术、材料、被提高的工程技术能不断降低风力发电的成本。此外，大的发展中国家，如印度和中国等国家已拥有未来大有希望可再生能源的承诺。 “风力涡轮机”，“风力发电系统”还有“风力机”是提取风力发电和生产机械或电力的接受设备。“风力涡轮机”经 常是被使用旋转器的机器作为风能收藏而预留的。风力涡轮机被列为水平轴或垂直轴涡轮机（见图 当今几乎所有的被制造的风力涡轮机是水平轴风力涡轮机。垂直轴机器已困扰刀片疲劳问题。 3 图 平轴和垂直轴风力发电机 此外， 子速度通常比 。后者定位出现了缺点，因为近地面风速减小。多数 两个或三个叶片。刀片可以朝向逆风或顺风塔（见图 图 平轴风力涡轮机的配置 水平轴风力涡轮机是被主动的或被动的偏航面对转子进风 。主动偏航器使用风向传 4 感器和偏航电机来安放转子。主动偏航系统通常用于非常大的机器（小于 600因为主动偏航系统更强大性和可预见性。大多数小迎风涡轮（小于 100可以使用一个简单的尾部叶片以保持适当的偏航位置。迎风风力涡轮机被动偏航 100至 600千瓦的一个常用的方法是使用垂直安装风扇转子。通过齿轮箱风扇连接到一个偏航齿轮上。直到达到适当的偏航角才风吹风机。顺风机通常不需要偏航驱动系统，因为当转子顶风时，它们是动态稳定的。图 75千瓦顺风两叶片不稳定的被叫做 一家美国 司所建。“摇摇欲坠”一词指代转子的能力，就像操场上跷跷针支撑跷跷板一样。 图 26机舱及转子示意图 除了摇晃组成部分之外，在图 电机、偏航装置、机舱罩（未显示）被安装在大型机的塔顶。变速箱增加了发电机的同步转速低速轴的角速度。高速轴的盘式制动器用于维修和紧急用途时停止转子。虽然 许多其它涡轮机控制桨距调节功率。 5 最成功的大型涡轮机配置主要由欧 洲制造商设计建立的三叶片迎风涡轮机。这些涡轮机使用风向传感器偏航电机转子旋转轮子进入风中。这些欧洲涡轮机旋转速度较慢，规模较大，远远超过美国机器。美国设计师往往试图更有效地使用材料追求更轻的顺风的两叶刀片机。使用两个而不是三个叶片提供了重要材料和节省重量。一个中型的发电机组，如 50000到 8000磅重量的三叶片。使用更少的刀片允许设计者使用更轻的元件，例如低速轴，组件和塔吊。两叶片涡轮机的另一个优点不稳定的预案大大降低了对“塔顶”不平衡刀片的负载。由于塔周边的风流量，塔 影的空气湍流增加。在顺风机上，由于旋转时通过塔，塔影导致叶片上不平衡负载。定位转子顺风是有利的，因为刀片能带斜角顺风远离它。圆锥刀片平衡离心力远离风的影响。额外的重量和节省成本可制成带有两个刀片的顺风转子，使它成为一个自由偏航机。后者消除了偏航驱动装置的重量和成本。然而这些机器的行为往往是很难预测的。一些顺风两叶刀片的设计已经是被称作“走迎风”，直到它面临逆风，机器才旋转。带有两个叶片的机器的缺点是噪声大。这类机器运行速度一定比三叶刀片机快以生产相同数量的能量，以及更快的转子速度增加叶片的噪音。此外，由于刀 口穿过塔影，一些顺风机产生“碰壁”声。许多三叶刀片机的拥护者认为三桨叶旋翼运行不仅安静，而且外形更美观，因为转子是对称的。为了把发电机组放置在高能见度地区，这些噪音和审美的讨论是非常重要的。 要研究活动涉及非定常气动力和水平轴风力涡轮机的结构响应。要达到这个目的，在 研究人员在过去的 10年一直执行非定常气动力实验。该实验由已被修改和广泛测试的三叶顺风刀片、直径 10米、 20千瓦风力发电机组成。该仪器包括一个特殊的叶片，其中之一是一个 155表面测 压仪器。通过大规模仪器表和数据采集系统涡轮机的数据是被收集了，同时记录 248个频道在塔基控制室中使用一台私人电脑。数据采集系统被固定到了涡轮机之前的繁荣。一个摄像机和灯光也安装在吊杆上，有一个摄像头被安装在一个刀片底部 11。非定常气动力实验已获得大量的三叶片涡轮机上的数据。然而，带有两个刀片的涡轮机的综合数据库有待完善。 1995年 5月，因为我和 程师工作将两个刀片枢纽设计安装到非定常气动力实验上，国家再生能源实验室的科学家 我提供了一个可再生能源实验室奖学金。集线器是特殊的，以为它可以在刚性、不稳定性和独立的 6 刀片模式上运行。此外，所提出的设计是不寻常的，因为它会独立的倾斜刀片。运行一台刚性的带有两个叶片的机器得出的数据（如风流入量，电力生产，塔的结构模式旋转叶片的气动结构响应）同带有三个叶片的机器进行比较。此外，他们还试图使用带有独立桨距功能的不稳定和拍打模式来探讨新的负载减少，降低噪音，优化叶片间距和偏航控制技术。因为我不得不在今年秋季返回到奥斯汀德州大学开始读研究生 ，我在可再生能源实验室的任务是持续三个月设计枢纽。我的项目责任包括：（ 1）建立合理的输入负载；（ 2）设计和建模枢纽；（ 3）指定枢纽硬件，如运转的马达和轴承。我努力的预期结果是一套工作图纸和在 程师可以用它来建立枢纽供应商购买组件的列表。由于我任命短暂，枢纽建设和测试最初不包括我的任务。然而