文档介绍：第二章:水平轴风力机结构设计

正常运转中阵风引起的弯曲应力
由于风力机的惯性,和调向的滞后,发生对风偏差(又称偏航),使叶片受到的弯曲应力增加。
风力机主要部件是细长杆件,刚度有限,工作环境复杂,设计不但要保证风能利用率高,还要在设计运行范围内安全可靠。
风力机正常运转时,必须考虑承受风载荷和离心力;受到的重力弯矩。

叶片震动
,叶片自重力与长度方向的夹角周期性变化

、脉动

1、叶片材料:
木制叶片、钢制叶片、铝合金叶片
目前叶片多为复合材料,即以玻璃纤维和碳纤维为增强材料,基体材料为聚酯树脂或环氧树脂。
优点:比重小、拉伸强度高、易成型、耐腐
蚀性强。
2、叶片外形:
等弦长直叶片、变弦长扭曲叶片.
确定叶片材料时应考虑三个原则;一是材料应有足够的强度、刚度和寿命;二是必须有良好的可成型性和可加工性;三是材料的来源和成本。

一、叶片主体结构
大型水平轴风机组风轮的结构主要为梁、壳结构,有以下几种结构形式:
1、叶片主体采用硬质泡沫塑料夹心结构;
大梁是叶片的主要承载部件,材料为玻璃纤维增强塑料(GRP),大梁常用D形、O形、矩形等形式;
蒙皮GRP结构校薄,仅2~3mm,主要保持翼型和承受叶片的扭转载荷;
成型:D形、O形和矩形梁在缠绕机上缠绕成型;在模具中成型上、下两个半壳,利用结构胶将C(或I)形梁和两半壳粘接。
代表:丹麦Vestas 公司和荷兰CTC公(NOI制造的叶片)。
优点:重量轻,制造成本低;
缺点:对叶片运输要求较高,由于叶片前缘强
度和刚度较低,在运输过程中局部易于
损坏;这种叶片整体刚度较低,运行过
程中叶片变形较大,必须选择高性能的
结构胶,否则极易造成后缘开裂。
2、
叶片壳体以GRP层板为主,厚度在10~
20之间;为了减轻叶片后缘重量,提高叶
片整体刚度,在叶片上下壳体后缘局部采
用硬质泡沫夹心结构,叶片上下壳体是其
主要承载结构。

C形梁用玻璃纤维夹心结构,设计相对较
弱,与壳体粘结后形成盒式结构,共同提
供叶片的强度和刚度。这种结构形式叶片
以丹麦LM公司为主。
叶片壳体和大梁用结构胶牢固地粘接在一起。
优点:叶片整体强度和刚度较大,在运输、使用中安全性好。
缺点:这种叶片比较重,比同型号的轻型叶片重20%~30%,制造成本也相对较高。
叶片叶片的热胀、积水和雷击保护
即使叶片是由纯绝缘材料制成的,也不能排除遭雷击的可能性。如果电流穿透叶片,叶片材料被加热至很高温度,就会导致叶片的破碎或剥离。
任何一种安装在叶片内的导体都会增加雷电击中叶片的次数。此时电流从叶片传至大地而对其他部件不产生损害就很重要。雷击电流从叶片传至大地要途经轴承、机舱、发电机、塔架及控制系统,每个途经部件都要考虑到防雷及电流传导。