风力发电机叶片设计

风力发电机叶片的设计 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。随着全球气候变暖与化石能源的不断消耗及其对环境的影响问题，其他能源的开发越来越受到重视，如核能、地热能、风能、水能等新能

风力发电机叶片的设计 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。随着全球气候变暖与化 石能源的不断消耗及其对环境的影响问题，其他能源的开发越来越受到重视，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益发展起来。 而在这些新兴的能源种类中，核能的核废料处理相当困难，并且其日污染相比火电厂更 为严重，同时需要相当严密的监管控制能力以防止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。而地热能的开发势必要依赖与高科技，在当今对地热开发利 用还不完善的现状下，更是难以做到，并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 10 2×10kW 害气体和废料，不污染环境。海上，陆地可利用开发的可达，远远高于地球 水能的利用，风能的发展潜力巨大，前景广阔。 2070 自世纪年代中期以来，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，成本更低，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，且日益规模化。 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。本文主要是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。现在翼型的选择有很多种， FFA-W 系列翼型的优点是在设计工况下具有较高的升力系数和升阻比，并且在非设计 工况下具有良好的失速性能。叶片的气动设计方法主要有依据贝茨理论的简化设计方法， 葛老渥方法与维尔森方法。简化的设计方法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过程；葛老渥方法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；维尔森方法则较为全面是现今常用的叶片 气动外形设计方法。本文通过相关的叶片设计理论结合相关软件来设计并简单的优化叶 片。 叶片设计的要求不仅需要参考和选用设计标准，还应考虑风电机组的具体安装和使 用情况。叶片的设计过程需要根据总体设计方案，并结合具体的技术要求，通过系统的 启动设计和结构设计，实现设计目标。一般而论叶片设计可分为空气动力学设计阶段和 结构设计阶段。启动设计阶段需要通过选择叶片几何最佳外形，实现年发电量最大的目 标；结构设计阶段需要通过选择分析选择叶片材料、结构形式和其他设计参数，实现叶 1-1 片强度、刚度、稳定性以及动特性等目标，叶片基本设计流程如图所示。一般情况 下，设计需要首先从叶片的气动外形设计展开，然后再根据启动设计要求进行结构设计。