基于Solidworks的风力发电机叶片的建模方法.pdf

内蒙古工业大学学报 JOURNALOFINNERM0NG0IIA 30卷 第 2期 UNIVERSITY 0F TECHN0L0GY Vol_30 No．2 2O11 文章编号 ：1001—5167(2011)03—0081—05 基于Solidworks的风力发电机叶片的建模方法 王志德 ，胡志勇 ，曹 艳 ，李艳霞。，张国兴 (1．内蒙古工业大学机械学院 2．内蒙古工业大学理学院 3．内蒙古工业大学 图书馆 呼和浩特 010051) 摘要 ：以G52--850kW风力发电机风轮叶片为例，利用 Olauert涡流理论相关原 理完成风力发 电机风轮叶片的设计 ，基于三维 CAD造型软件 Solidworks，作 出叶 片断面的草 图，用三种方法实现 了叶片三维造型 ，对这三种建模方法进行 了比较 ， 具有一定的现实意义和实用价值 。 关键词 ：风轮叶片；建模；造型分析 中图分类号 ：TP391．72；TP31 文献标识码 ：A 0 引 言 风轮是风力发 电机 (以下称风力机)最重要的部件之一。风力机就是依靠风轮把风所具有 的动能有 效转化为机械能并加以利用。风轮的设计好坏对风力机有重大影响。现代风力机风轮通常是采用三叶 片的上风或下风结构。风轮叶展形状 、翼型形状与风力机 的空气动力特性密切相关 。目前 ，在风力机风 轮叶片的气动设计方面，还没有系统 的设计模型和方法 ，只有针对某一方面的模 型 ，这些模 型还无法归 纳成一套可靠的系统设计模型。一台好的风力机应 当尽量增加升力而减小 阻力 ，使之尽量趋于最大值 ， 以增加风力机的风能利用系数。叶片气动设计主要是外形优化设计 ，这是叶片设计 中至关重要的一步。 外形优化设计中叶片翼型设计的优劣直接决定风力机的发 电效率 ，在风力机运转条件下，流动的雷诺数 比较低 ，叶片通常在低速 、高升力系数状态下运行 ，叶片之间流动干扰造成流动非常复杂。针对 叶片外 形的复杂流动状态 以及 叶片 由叶型在不 同方位的分布构成 ，叶片叶型 的设计变得非常重要 。本文以 Glauert涡流理论为依据设计叶片并优化 ，优化过程 以叶轮的气动、功率数值计算为基础 ，根据不同的设 计需要选取翼型。一般现代风力机的叶片都制成螺旋桨式的，目的是让整个叶片 由根部到尖部各截面 翼型的弦长与对应处的相对风速大致相 同，并使其在最佳攻角值附近 ，使风力尽可能多地转换成叶片的 升力 ，提高风力机 的利用系数 。 1 风力机风轮的主要数据参数 以辉腾锡勒风电厂所用 的GAMESA公司的G52—85okW 风力机为例 ，该风力机是三叶片式叶片 ， 受风角度可调且主动偏航的风力机 。其风轮和叶片的主要参数 。如表 1所示。 收稿 日期 ：2010—09—12 作者简介：王志德 (1959一)，男，内蒙古工业大学机械学院，副教授，从事工程图学方面的研究 通讯作者 ：曹艳 ，讲师，从事工程数学方面的研究，E～mail：cyllp@ sina．corn _ 13O 内蒙古工业大学学报 表 1 风轮和叶片的主要参数 Table 1．Themain parametersofwind turbinesand blades 2基于 Solidworks的风轮叶片建模 Glauert涡流模型考虑了风轮及叶片涡系对叶片气动特性的影响，由涡流引起的诱导风速可看成是 由中心涡系、每片叶片的附着涡系及叶片尖部形成的涡系叠加的结果。主要公式为： 一 其中：e为叶片翼型气动特性 的升力线角 ， 为风轮旋转面与当地气流的夹角 ，是为中间变量 。 分析 Glauert涡流理论设计的叶片，其实度 Q为 0．6，叶片根部的弦长 比其它部分大，实际上这部分 叶片对叶轮总的功率影响不大