风机叶片原理和结构

1、风扇叶片原理、结构及运行维护潘东浩第一章风机叶片报纸相关原理第一节从风能涡轮中获得的能量I .气流的动能E=mv2=Sv3M -气体质量S -风能涡轮的防风面积(m2)V -气体速度(以m/s为单位) -空气密度(kg/m3单位)E -气体的动能，单位为w二.风能涡轮的实际轴功率P=Sv3Cp样式p -风能涡轮实际获得的轴向动力(w)； -空气密度(kg/m3)；S -风能涡轮的防风面积(m2单位)；v上游风速(m/s)。Cp -风能能源利用系数3.风扇从风力中获得的能量是有限的，风扇的理论是最有效的0.593贝茨理论的极限值。第二节叶片的应力分析I .作用于刀片的空气动力学上图是不考虑柔道速

2、度的风轮叶片截面叶素的力分析。在叶片部分截面中，W是流动速度V和局部速度U的矢量之和。速度W将dL和dD分解为平行和垂直风轮旋转平面，在刀片的本地部分生成提升dL和阻力dD。即风轮的轴向推力dFn和旋转切向力dFt。轴向推力作用于风能涡轮塔，转动切向力产生有用的转动力矩来驱动风轮转动。上图中的几何关系如下：= Dfn=DDS in dl cos Dft=DLS in -DD cos Dm=rdft=r (DLS in -DD cos )其中是相对速度W和局部线速度U(旋转平面)之间的角度，称为倾斜角度。弦和局部线速度U(旋转平面)之间的角度，称为安装角度或节距角度。是弦和相对速度W的角度，称为

3、攻角。2.刀片角度曹征(安装角度)对牙齿功率的影响(俯仰设置)改变桨叶俯仰角度的设置会影响额定功率的输出，根据固定行程风能涡轮的特性，必须最大限度地提高低风速时的功率系数和高风速时的失速性能。固定螺距风能发电机在低于额定风速的情况下运行时，在低风速区域徐璐与不同俯仰角度对应的功率曲线基本一致。但是，在高风速区域，俯仰角度的变化对最大输出功率(额定功率点)的影响很明显。事实上，调整桨叶的俯仰角度，只是改变桨叶气流的失速点。实验结果表明，俯仰角度越小，叶片对气流的失速点越高，最大输出功率也越高。这就是露天风能涡轮徐璐不同空气密度调整桨叶安装角度的依据。安装角度不同的电源曲线如下图所示。第三节刀片式

4、服务器的基本概念1，刀片长度：刀片半径方向的最大长度，如图1所示。图1刀片式服务器长度2、刀片区域叶片面积通常被解释为叶片旋转平面的投影面积。3，刀片弦长叶片径向角截面翼型的弦长。叶片管线截面的翼型弦长称为管线弦，叶片末端截面的翼型弦长称为尖锐弦。图2刀片弦长，扭转角度图表刀片弦长分布可以确定为最佳设计方法，但是从制造和经济角度来看，刀片的弦长分布通常根据刀片结构强度进行设计需要对最佳设计结果进行特定修改。根据徐璐其他弦长分布计算，梯形分布可以用作最佳近似值。4、刀片扭转角度叶片的每个截面弦和风轮旋转平面之间的角度如上图所示。5、风能涡轮锥角风轮倾斜角表示刀片相对于垂直于旋转轴的平面的倾斜，如

5、右图所示。锥度的作用是在风轮工作状态下减少离心力引起的叶片弯曲应力，防止刀尖和塔碰撞的机会。6、风能涡轮古道风轮的仰角是风轮的旋转轴和水平面之间的角度，如上图所示。仰角是避免叶尖和塔的碰撞。第四节刀片式服务器设计和制造必须充分考虑刀片结构强度设计中使用的材料的疲劳特性。首先，必须了解刀片所能承受的力和力矩，以及在特定运行条件下承受风载荷的情况。力最大的部位最危险，在这样的地方载荷很容易达到材料承受极限。刀片的重量完全取决于其结构，目前生产的刀片大部分是轻型刀片，运输良好，可靠。目前，刀片大部分是玻璃纤维增强复合材料(GRP)，基材料是聚酯裴秀智或环氧树脂。环氧树脂比聚酯树脂强度高，材料疲劳特性

6、好，收缩变形小。涤纶材料比较便宜，硬化时收缩大，刀片的连接处可能有潜在危险。也就是说，收缩变形可能导致金属材料和玻璃钢之间出现裂纹。横轴风轮叶片一般接近梯形。表面形状复杂，只需要外部表面结构高的间接费用。复合材料允许更改牙齿情况，但对模具制造过程要求更高。叶片的模具由叶片上下表面的半部分模板形成，在模具中手动形成复合材料叶片。叶片还必须考虑腐蚀的影响。在选择叶片基部材料时已经考虑了叶片防腐问题，同时叶片表面涂有厚度在0.61.0mm左右的橡胶，不仅可以防腐，还可以抗紫外线老化。提高刀片表面的亮度可以防止污垢和灰尘固定在刀片表面。刀片中使用的金属材料是不锈钢和航空结构钢，除不锈钢外，其他金属材料

7、零件表面都通过热喷涂锌处理进行防腐。第5节叶片的结构1.主体结构水平轴风能涡轮风能涡轮叶片的结构主要是梁、壳结构，具有以下几种茄子结构形式：1)叶片主体采用硬质泡沫三明治结构，GRP结构的大梁作为叶片的主要轴承部件，大梁一般采用D型、O型、矩形、C型等，蒙皮GRP结构薄，只有2-3毫米，主要保持叶片和叶片的扭转载荷。牙齿形式的刀片由丹麦Vestas和荷兰NOI制造的刀片(CTC)代表，如图2、3所示。其特点是重量轻，对叶片运输要求高。叶片前缘强度和刚度低，在运输过程中部分容易损坏。同时，牙齿叶片整体刚度低，运行过程中叶片变形大，需要选择高性能结构胶。否则，很容易出现后缘裂纹。d型、o型和矩形梁

8、缠绕在绕线机上成型。在模具中成型两个半壳，然后用结构胶粘合梁和两个半壳。图2 Vestas刀片式服务器配置文件结构另一种方法是先在模具中成型C(或I)型梁，然后在模具中成型两个半壳，并使用结构胶将C(或I)型梁粘合到两个壳。图3 CTC刀片式服务器配置文件结构2)，刀片外壳主要为GRP层压板，厚度在10 20MM之间。为了降低叶片的后缘重量，提高叶片的整体刚度，叶片上下壳体的后缘部分使用刚性泡沫夹芯结构，叶片上下壳体是主要载荷结构。大梁设计比较薄弱，是坚固的泡沫夹结构，与壳体粘合，形成磁带结构，同时提供刀片的强度和刚度。这种结构型刀片以丹麦LM公司为主，如图4所示。叶片的整体强度和刚度大，具有

9、运输、使用中安全好的优点。但是牙齿刀片相对较重，比同一型号的轻型刀片重20%到30%，制造成本也相对较高。c型梁采用玻璃纤维夹芯结构，能最大限度地承受张力和弯矩。叶片上、下壳体主要以单向加强材料为主，适当铺45层，承受扭矩，用结构胶牢牢粘合叶片壳和大梁。图4 LM刀片式服务器配置文件结构在两种结构中，大梁和外壳的变形是相同的。收缩后，三明治结构由支撑，半叶片牢牢粘合。为了增加粘接面积，前缘粘合部位经常重叠。在后缘贴上接合口后，粘合角的生成会使其变硬。扭曲变形时，粘合部分不会引起剪切损伤。重要的问题是承受所有力量，从刀片传送到枢纽的叶根的连接。通常有多种茄子连接方法。2.叶根结构1)，内嵌螺纹零

10、件代表丹麦LM公司刀片式服务器。在叶片整形过程中，通过特殊表面处理的螺纹零件直接嵌入壳体，防止GRP结构层的加工损伤。通过国外的实验仪器实验证明了牙齿结构型连接是最可靠的，唯一的缺点是每个螺纹零件的位置必须正确，如图5所示。图5线程嵌入式叶根2、钻孔组件代表荷兰CTC公司刀片式服务器。叶片形成后，用专用钻头和工作服在叶片根部钻孔，安装螺纹部件。牙齿方法在叶片根部的GRP结构层上加工数十个80多个孔(如600kW叶片)，破坏GRP的结构完整性，大大降低叶片根部的结构强度。另外，螺纹零件的垂直度可能在现场组装上有困难，如图6所示。图6钻孔组件叶根预紧螺栓的优点：1)不需要贵重、重量大的凸缘。2)批

11、量生产中只有一个力传递元件。3)由于预紧螺栓，疲劳可靠性好。4)通过螺栓机械连接良好，法兰无需粘合。缺点：1)需要高装配精度。2)现场安装需要提前拧紧可靠螺栓。第二章风扇刀片常见故障一.闪电近年来，随着桨叶制造工艺的提高和大量新型复合材料的使用，闪电叶片损坏的主要原因。据IEC/TC88工作组透露，被闪电击中的风能发电机中刀片损坏的比例约为20%。对于沿海高山或岛上建立的风电场，地形复杂，雷雨天气多，应充分重视闪电造成的叶片损坏现象。刀片是风能发电机中最容易直接被闪电击中的部件，也是风能发电机中最昂贵的部件之一。全世界每年约有1%-2%的风能涡轮叶片被闪电击中，大部分雷击事故只会损坏刀片的尖端

12、部分，少量雷击事故会损坏整个刀片现阶段采取的主要防雷措施之一是粘贴从叶端到叶根的长金属窄条，通过枢纽、机内、塔台将闪电电流引向地球。丹麦LM还与丹麦研究机构、风能发电机制造商和风能发电站一起设计了新的防雷装置，该装置用安装在刀片内部大梁上的电缆将闪存设备连接到刀片法兰，如图7所示。牙齿设备简单可靠，具有刀片般的寿命。根据IEC标准设计，具体执行标准为“IEC61400-24风能涡轮防雷”。图7刀片式服务器防雷击系统图表维修人员要定期到现场确认避雷措施是否完整。闪电是完全无法避免的。目前的避雷措施只能使闪电造成的损失降到最低。如果损坏，请联系刀片式服务器制造商进行维修。第二，刀片裂纹设备正常工作

13、时，会发生不规则和不可预测的叶片瞬时振动现象，即旋转平面内的叶片振动。这种器官振动严重威胁了叶片尾缘结构发生故障和裂纹，叶片最大弦长位置发生横向裂纹，严重威胁了叶片结构的安全。根据桨叶的损伤程度，有不同的处理方法。1.如果刀片表面稍有损坏，请将损坏的区域研磨成砂纸(80120#)，使表面完全清洁，然后用丙酮冲洗，去除碎屑，确保补丁表面完全干燥。2.损伤区域的损伤深度超过1mm，树脂和玻璃纤维比周围表面0.5 0.8mm必须恢复到较低的位置。用450g/m2玻璃纤维剪短毛毡，每层1毫米厚。玻璃纤维层凝固后，将其磨平，涂上橡胶衣服，橡胶树脂变硬后，用320#600#水砂纸抛光，最后抛光。3.如果损

14、坏更严重，请联系桨叶生产企业处理。三.提示制动损坏国产实速桨叶，叶端可能发生以下故障。1.提示刹车没有收到座位。提示制动恢复位；提示制动器不会回收。有关具体情况，请参阅下表。现象故障原因排除方法叶尖刹车失灵了。钢丝绳蠕变伸长旋转连接套管，调整连接套管两端螺纹长度，拧紧钢丝绳，在连接螺纹上涂厌氧胶，拧紧螺母。连接套两端或介面漏油导致油压不足。更换液压缸油管或拧紧接头。提示制动恢复位定位环松动，移至叶片末端。拧松紧固螺钉。将定位环调整到正确的位置，然后拧紧螺钉。提示制动器不可回收连接套管和钢丝绳断了连接钢丝绳和连接套管，用同样的方法调整钢丝绳的长度。第三章风扇刀片的操作和维护刀片维护和维护，包括固定节距失速刀片和节距刀片1.所有移动的零件是否自由旋转。2.刀片启动一段时间后，刀片前部形成污物，从而降低刀片的效能，影响发电量。请用水性洗涤剂清理。如果有划痕，根法兰生锈，请及时修理。4.检查液压缸和油管组件是否漏油。如果漏油，要及时排除。5.检查叶根防雷