文档介绍：第 22 卷
第 4 期太
阳
能
学
报 Vol
22, No
4
1
2001 年 10 月 ACTA ENERGIAE SOLARIS SINICA Oct
, 2001
文章编号:0254
0096(2001)
04
0436
04
水平轴风力机风轮静态结构特性试验研究
曹人靖,
刘道兴
( 汕头大学能源科学研究所, 汕头 515063)
摘
要: 提出了一种研究水平轴风力机风轮静态结构特性的测试方法, 用单点加集中荷载所得数据来综合评定受
分布荷载作用的风轮叶片的强度及变形特性, 用于检验风轮叶片结构设计的合理性, 获得在定常荷载作用下, 叶片
受力的危险截面。以小型水平轴风力机 FD2
300 的风轮叶片为例进行了试验研究, 获得了该叶片的危险截面。试
验证明: 通过以抗弯截面系数和定常荷载作用下的截面弯矩曲线的分布为判椐进行叶片结构形状合理性分析是一
种快速、实用的测试方法, 可为研究风力机气动弹性稳定性和改进风轮叶片设计提供判据。
关键词: 水平轴风力机; 结构特性; 测试技术
中图分类号:TK8
文献标识码: A
机的安全运行, 以及改进风轮叶片设计, 提供了有效
0
引
言
的保障。
随着社会的发展工业化进程的加速能源与环
, , 风力机风轮静态结构特性试验研究
境问题成为当今人类生存和发展所要解决的紧迫问 1
题。风力发电作为一种清洁能源, 在我国的能源总 1
1
试验原理
量中所占的比例正在提高, 设计和研制性能优良的风力机风轮叶片由复合材料构成, 是一个弹性
风力发电机, 对我国的经济建设具有重要的意义。结构体。当风轮叶片作无阻尼自由振动时, 根据应
风力发电机运行稳定性及其使用寿命是风力发电机变能与动能之和保持不变的原则, 结构自振频率可
的一个重要指标, 要研究其运行稳定性, 首先要研究表示为:
l
风轮叶片的结构特性。影响风力机结构特性的物理 EI [ y ( x ) ] 2 dx
2
0
因素有多种, 就振动情况而言, 除了强迫振动外, 还
= l ( 1)
2 2
[ 1]
有流体诱发振动。由于作用在风力机叶片上载荷 L [ y ( x ) ] dx + L i y i

0 !i
的交变性和随机性, 其本身又是弹性结构, 当叶片运式中
L ∀∀∀单位长度的密度, kg
m; E ∀∀∀材料弹
行的旋转频率接近其固有频率时就会产生较大的动性模量, N
m2 ; I ∀∀∀结构截面惯性矩, m4 ; y ( x ) ∀∀∀
应力, 发生共振, 这种现象一旦发生, 风轮叶片振动结构位移函数。
的振幅值及横截面上应力的最大值急剧增长, 导致由( 1) 可知, 风轮叶片材料弹性模量 E 和截面
结构的疲劳破坏, 缩短整机的使用寿命, 直接影响风惯性矩 I 与风轮叶片的自振频率
紧密相关。从静
[ 2]
力机的性能和稳定性。因此, 通过静态试验研究, 力学角度分析可知, E、I 值的物理意义是表示梁的
掌握风力机风轮叶片的结构动力学特性, 对于提高抗弯能力, 称为梁的抗弯刚度。E 、I 值是构件的固
风力机的总体性能以及风力机的总体优化设计具有有参数, E 是常数, 但