登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
风电叶片的优化设计要满足一定的设计目标,其中有些甚至是相互矛盾的,如:
年输出功率最大化;
最大功率限制输出;
振动最小化和避免出现共振;
材料消耗最小化;
保证叶片结构局部和整体稳定性;
叶片结构满足适当的强度要求和刚度要求。
风电叶片设计可分为气动设计和结构设计这两个大的阶段,其中气动设计要求满足前两条目标,结构设计要求满足后四条目标。通常这两个阶段不是独立进行的,而是一个迭代的过程,叶片厚度必须足够以保证能够容纳腹板,提高叶片刚度。
(1)外形设计
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机的发电效率,在风机运转条件下,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。目前叶片叶型的设计技术通常采用航空上先进的飞机机翼翼型设计方法设计叶片叶型的形状。先进的CFD技术已广泛应用于不同类型气动外形的设计,对于低雷诺数、高升力系数状态下风机运行条件,采用考虑粘性的N-S控制方程分析叶片叶型的流场是非常必要的。
在过去的10多年中,水平轴风电叶片翼型通常选择NACA系列的航空翼型,比如NACA44XX,NA-CA23XX,NACA63XX及NASA LS(1)等。这些翼型对前缘粗糙度非常敏感,一旦前缘由于污染变得粗糙,会导致翼型性能大幅度下降,年输出功率损失最高达30%。在认识到航空翼型不太适合于风电叶片后,80年代中期后,风电发达国家开始对叶片专用翼型进行研究,并成功开发出风电叶片专用翼型系列,比如美国Seri和NREL系列、丹麦RISO-A系列、瑞典FFA-W系列和荷兰DU系列。
这些翼型各有优势,Seri系列对翼型表面粗糙度敏感性低;RISO-A系列在接近失速时具有良好的失速性能且对前缘粗糙度敏感性低;FFA-W系列具有良好的后失速性能。丹麦LM公司已在大型风机叶片上采用瑞典FFA-W翼型,风机专用翼型将会在风电叶片设计中广泛应用。表1为对NREL翼型系列性能提高的估算。
目前叶片外形的设计理论有好几种,都是在机翼气动理论基础上发展起来的。第一种外形设计理论是按照贝茨理论得到的简化设计方法,该方法是假设风力机是按照贝茨公式的最佳条件运行的,完全没有考虑涡流损失等,设计出来的风轮效率不超过40%。后来一些著名的气动学家相继建立了各自的叶片气动理论。Schmitz理论考虑了叶片周向涡流损失,设计结果相对准确一些。Glauert理论考虑了风轮后涡流流动,但忽略了叶片翼型阻力和叶稍损失的影响,对叶片外形影响较小,对风轮效率影响却较大。Wilson在Glauert理论基础上作了改进,研究了叶稍损失和升阻比对叶片最佳性能的影响,并且研究了风轮在非设计工况下的性能,是目前最常用的设计理论。
(2)结构设计
目前大型风电叶片的结构都为蒙皮主梁形式,如图1所示为典型的叶片构造形式。蒙皮主要由双轴复合材料层增强,提供气动外形并承担大部分剪切载荷。后缘空腔较宽,采用夹芯结构,提高其抗失稳能力,这与夹芯结构大量在汽车上应用类似。主梁主要为单向复合材料层增强,是叶片的主要承载结构。腹板为夹芯结构,对主梁起到支撑作用。
典型叶片剖面构造形式
结构铺层校核对叶片结构设计来说也必不可少。前在校核方面,大多用通用商业有限元软件,比如ANSYS、NASTRAN、ABAQUS等。对叶片进行校核时,考虑单层的极限强度、自振频率和叶尖挠度,分析模型有壳模型和梁模型等,并且能够做到这两种模型的相互转换,如图2,3所示。与其他叶片结构相比,目前大型叶片的中空夹芯结构具有很高的抗屈曲失稳能力,较高的自振频率,这样设计出来的叶片相对较轻。有限元法可用于设计,但更多用于模拟分析而不是设计,设计与模拟必须交叉进行,在每一步设计完成后,必须更新分析模型,重新得到铺层中的应力和应变数据,再返回设计,更改铺层方案,再分析应力和变形等,直到满足设计标准为止,如图4所示。因为复合材料正交各向异性的特殊性,叶片各铺层内的应力并不连续,而应变则相对连续,所以叶片结构校核的失效准则有时候完全采用应变失效准则。?
(3)材料选择
风电叶片发展初期,由于叶片较小,有木叶片、布蒙皮叶片、钢梁玻璃纤维蒙皮叶片、铝合金叶片等等,随着叶片向大型化方向发展,复合材料逐渐取代其他材料几乎成为大型叶片的唯一可选材料。复合材料具有其它单一材料无法比拟的优势之一就是其可设计性,通过调整单层的方向,可以获得该方向上所需要的强度和刚度。更重要的是可利用材料的各向异性,使结构不同变形形式之间发生耦合。比如由于弯扭耦合,使得结构在只受到弯矩作用时发生扭转。在过去,叶片横截面耦合效应是一个让设计人员头疼的难题,设计工程想方设法消除耦合现象。但在航空领域人们开始利用复合材料的弯扭耦合,拉剪耦合效应,提高机翼的性能。在叶片上,引人弯扭耦合设计概念,控制叶片的气弹变形,这就是气弹剪裁。通过气弹剪裁,降低叶片的疲劳载荷,并优化功率输出。
玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)是现代风机叶片最普遍采用的复合材料,玻璃钢以其低廉的价格,优良的性能占据着大型风机叶片材料的统治地位。但随着叶片逐渐变大,风轮直径已突破120m,最长的叶片已做到61.5m,叶片自重达18t。这对材料的强度和刚度提出了更加苛刻的要求。全玻璃钢叶片已无法满足叶片大型化,轻量化的要求。碳纤维或其它高强纤维随之被应用到叶片局部区域,如NEG Micon NM 82.40m长叶片,LM61.5m长叶片都在高应力区使用了碳纤维。由于叶片增大,刚度逐渐变得重要,已成为新一代MW级叶片设计的关键。
碳纤维的使用使风电叶片刚度得到很大提高,自重却没有增加。Vestas为V903.OMW机型配套的44m系列叶片主梁上使用了碳纤维,叶片自重只有6t,与V802MW,39m叶片自重一样。美国和欧洲的研究报告指出,含有碳纤维的承载玻璃纤维层压板对于MW级叶片是一个非常有效的选择替代品。在E.C.公司资助的研究计划[10]中指出,直径为120m风轮叶片部分使用碳纤维可有效减少总体自重达38%,设计成本减少14%。但碳纤维价格昂贵,极大地限制其在风机叶片上的使用。
现今碳纤维产业仍以发展轻质、良好结构和热性质佳等附加值大的航空应用材料为主。但许多研究员却大胆预言碳纤维的应用将会逐步增加。风能的成本效益将取决于碳纤维的使用方式,未来若要大量取代玻璃纤维,必需低价才具有竞争力。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
3月22日,中材科技发布2023年年报。年报显示,2023年,公司实现营业总收入258.89亿元,同比增长0.29%;归母净利润22.24亿元,同比下降37.77%。报告显示,2023年中材科技营业收入构成包括风电叶片、玻璃纤维及制品等。其中,风电叶片收入94.74亿元,占营业收入的36.59%,同比增长45.68%;玻璃纤维及制品
3月22日,福州港江阴港区,全球量产最长的108米大功率风电叶片,依次装载在马恩岛籍“传威远见”轮上,吊装8片后运往新加坡。近年来,位于福清的福建三峡海上风电国际产业园集聚多家风电龙头企业,形成结构件、电机、叶片、整机等完整产业链。据厦门边检总站福清边检站统计,自2022年12月以来,边检站
近日,由北极星电力网、北极星风力发电网主办的“第三届风电运维技改大会”在北京举行。金风慧能解决方案中心副总监钱毅泽发表了题为《多雷冻雨气象条件下机组适应性技术探索与实践》的演讲。他指出,近年来随着持续性寒潮天气的增加,风电机组如何适应冻雨、冰雪等极端天气成为挑战。在此背景下,金风
北极星风力发电网获悉:近日,挪威Odal风电场出现叶片批量故障,15台风电机组被迫关停,Odal风电场于2022年投入运行,总规模160MW,安装有34台SG5.0-145机组,目前,西门子歌美飒联合风电场开发商已经成立专门的叶片修复工作组,进行叶片的后续处理。据了解,本次事故风电机型正是此前西门子歌美飒对外
3月9日,贵州安顺一辆运送风力发电叶片车辆发生侧翻,叶片横躺上方高速公路致道路中断。现场人员表示:运输车在转弯时发生侧翻,叶片现场进行切割处理,所幸无人员受伤。
行稳致远谱写风电高质量发展新篇章庄琴霞中材科技党委委员、副总裁,中材叶片党委书记、董事长冬至阳生,岁回律转,时间记录着砥砺前行的足迹,岁月镌刻下拼搏奋斗的成就。2023年,是贯彻落实党的二十大精神开局之年,是实现国家“双碳”战略目标关键之年,也是中国风电行业平稳发展的向好之年。中材叶
2月27日,由明阳自主研制的MySE292海上超大型叶片在海南东方智能制造基地成功下线。该叶片适用于广东、广西、海南、浙江等广泛区域内的超一类海上区域,同时也为明阳开拓和布局国际市场奠定了坚实基础。该款叶片长143米,叶轮直径达292米,为全球已下线叶轮直径最大的风电叶片。MySE292海上超大型叶片
北极星风力发电网获悉:近日,德国BermaringenTemmenhausen风电场一台高百米的风电机组发生叶片掉落事故,事故原因是由于剧烈的暴风引起,事故发生时风机处于停机状态,叶片被强暴风吹落,事故未造成人员伤亡,具体损失程度尚不清楚。
北极星风力发电网讯:2月20日外网报道,GE对其子公司LM进行了重大人事调整:任命HanifMarshal为新任首席执行官,将接替OlivierFontan,即时生效。后者被任命为GE新的风能制造负责人。HanifMarshal在担任新职务之前,曾担任LM工程和技术副总裁六年。在LM工作之前,Marshal还在西门子歌美飒担任了五年多
风电平价时代,市场回归理性,质量成为决胜的关键。三一重能以严苛的试验体系,深入大兆瓦机组“无人区”,探索产品质量与价格的平衡点,致力于为行业提供更优质、更可靠的风电产品。日前,由三一重能自主研发设计的、国内首套地面固定式双轴激振测试设备正式投入使用,开创国内超长叶片疲劳测试一体化
对于很多中国人来说,厄瓜多尔是世界地图上位于南美洲西北角、靠近赤道的一个陌生国度。然而,真正踏足这片土地的人会发现,厄瓜多尔不仅拥有令人叹为观止的雨林,连绵起伏的安第斯山脉,还有令人心醉的加拉帕戈斯群岛。这片土地上交织着丰富的文化、壮丽的自然景观、引人入胜的历史,有如一本饱含情感
3月27日,贵州省工业和信息化厅中国人民银行贵州省分行关于深入推进绿色金融、转型金融推动工业绿色低碳发展的通知,通知指出,围绕工业资源综合利用基地建设,支持磷石膏、锰渣、赤泥、煤矸石等大宗固体废物减量化排放、无害化处置、资源化利用。支持循环生产方式,提升再生资源回收利用能力,延伸再生资
中广核新能源天津宁风40MW、宁龙35MW陆上风电项目风力发电机组采购项目
汕头国际风电创新港协同创新基础设施项目超大型风电机组电气及动力学综合研究中心试验台及其相关土建公用工程初步设计技术服务中标候选人公示公示编号:SZBHX202403260048号汕头国际风电创新港协同创新基础设施项目超大型风电机组电气及动力学综合研究中心试验台及其相关土建公用工程初步设计技术服务(
3月26日,国电电力甘肃新能源开发有限公司通渭风电基地通渭鸡川10万千瓦风电场项目风力发电机组(不含塔筒)设备采购公开招标中标候选人公示,金风科技预中标,投标报价17220万元,不含塔筒单价1722元/kW。项目概况:通渭风电基地通渭鸡川10万千瓦风电场项目规划容量为100MW,共包含18台风机,采用单机
三月的新疆,冰雪消融、春意萌动。在中船风电哈密十三间房100万千瓦风储一体化项目现场,150台“海装造”风电机组正抓紧调试,为项目并网做最后的准备,而100公里外的十三间房二期50万千瓦风储一体化项目也迎着春风开始动工起跑,为即将批量化安装应用的10MW平台陆上风电机组打好坚实基础。由海到陆成
近日,大唐集团发布《东方电气木垒100万千瓦风电项目风力发电机组(含塔筒、锚栓等)及附属服务招标公告》。公告显示,东方电气木垒100万千瓦风电项目位于新疆昌吉回族自治州木垒县大石头村一带,距离木垒县以东直线距离约80km处,本工程计划装机规模1000.75MW,允许总容量偏差不超过±5MW,设计拟安装29
基本案情2022年2月4日中午13时左右,原告陈某甲、陈某乙一行人乘车前往江永县松柏瑶族乡梁山顶欣赏雪景。因山下路口处通往山上的道路被栏杆拦住,车辆无法上山,原告及其家人遂步行上山。中午14时许,原告的女儿陈某被4号风力发电机上掉落的冰块砸中头部当场死亡。2022年2月5日,原告收到被告某风力发
北极星风力发电网获悉,新疆华电天山北麓基地610万千瓦新能源项目风电机组(含塔架)启动招标,总装机规模4200MW,分5个标段,要求单机容量8.0MW以上,投标人至少有100台6MW以上风机合同业绩,投标截止4月15日。详情如下:
3月23日,华润围场朝阳200MW项目、华润围场西龙头200MW风电项目风力发电机组(含塔筒、锚栓及锚板)货物及服务采购、华润清河300MW风电场项目150MW市场化项目风力发电机组(含塔筒)设备采购、运输及服务采购、华润吉水阜田风电项目风力发电机组(含塔筒)货物及服务中标候选人公示,总装机容量668.8MW
3月22日,华能山东半岛北L场址海上风电项目风力发电机组(含塔筒)及其附属设备采购预招标。公告显示,华能山东半岛北L场址海上风电项目总装机容量504MW,拟采购单机容量12MW及以上,14MW及以下的风力发电机组;IECIIC类及以上安全等级抗台型;叶轮直径大于等于250米,叶尖最大高度小于300米;轮毂高度
日前,中国电建发布300MW风电项目机组采购中标公示,金风科技、运达股份分别中标,详情如下:
北极星风力发电网获悉,3月14日,中国能源建设集团湖南省电力设计院主任工程师陈振华在第三届风电运维技改大会上表示,随着低风速风机技术的发展,中东南地区的湖区平原具有较好的开发价值,环洞庭湖区域逐渐成为湖南新能源开发的一个主战场。中国能源建设集团湖南省电力设计院主任工程师陈振华陈振华
3月19日,巴中市人民政府关于印发巴中市碳达峰实施方案的通知,通知指出,“十四五”期间,产业结构和能源结构调整优化取得明显进展,重点行业能源利用效率大幅提升,水风光多能互补的可再生能源体系加快构建,新型电力系统清洁能源发电占比逐步提高。到2025年,全市非化石能源消费比重达到省平均水平
“新能源企业应首先对电力市场框架和规则有准确认知,在参与市场化交易的过程中,合理申报交易量、价和曲线,优化中长期合同签订,积极参与绿电交易市场,实现环境价值变现,主动对接有稳定可再生能源消纳需求的大用户,积极争取高耗能企业等优质用户,签订可再生能源PPA稳定价格,以及科学运用电源侧
今天的主题比较沉重,之前一直以为蒙能9.1GW风电项目的开标中标结果是不包含风电整机设备及塔筒,今天和几位风电同行交流,然后仔细研究了一下,才发现这个项目给风电行业带来的地震效应。风电造价低价记录再度刷新:最低中标价2.15元/w就在前几天,行业主流媒体公布了蒙能910万KW风电EPC项目招标的结
近日,明阳智能“海洋智慧大脑”深远海AI综合能源管理平台DeepFusionX荣获北极星杯“风电影响力优秀技术创新”奖项。作为智慧能源创新模式的阶段性成果,该奖项凸显了行业对智慧综合能源管理场景的认可。DeepFusionX平台可有效破解能源立体融合开发过程中存在的数据孤岛问题,强化大数据治理、信息共享
彭博新能源财经近日发布数据显示,2023年全球风电新增装机容量为118GW,相较于2022年增长36%。其中陆上风电装机107GW,同比上升37%;海上风电装机11GW,同比上升25%。2023全球风电装机的增长主要来自于中国市场77GW的强劲装机。得益于中国风电市场的高速发展,全球风电整机制造商新增容量排名前五位里
3S中际联合成立于2005年,一直专注于高空安全作业领域。2006年,我们研发了第一台风电塔筒升降机,至今,高空安全升降设备已应用于16个行业、61个国家和地区,累计安装在全球3000多个风电场。全球风电全产业链创新步伐在变,不变的是我们3S一直以来在产品与服务上对“安全、简单、专业”这一理念的坚守
河北公司国能河北定州发电有限责任公司定州市800兆瓦集中式风力发电保障性(50兆瓦)并网项目风电场及升压站设计服务公开招标项目招标公告第一章公开招标1.招标条件本招标项目名称为:河北公司国能河北定州发电有限责任公司定州市800兆瓦集中式风力发电保障性(50兆瓦)并网项目风电场及升压站设计服务
三月的新疆,冰雪消融、春意萌动。在中船风电哈密十三间房100万千瓦风储一体化项目现场,150台“海装造”风电机组正抓紧调试,为项目并网做最后的准备,而100公里外的十三间房二期50万千瓦风储一体化项目也迎着春风开始动工起跑,为即将批量化安装应用的10MW平台陆上风电机组打好坚实基础。由海到陆成
为深入学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想和党的二十大精神,弘扬友爱、互助的中华民族传统美德,以实际行动展现华润红色央企的责任担当,根据苏皖新能源公司党委工作部署,3月22日,苏皖新能源公司第三党支部与濉溪县孙疃镇人民政府共同启动“华润·孙疃风电点灯”爱心助学活动。孙疃镇党委副
近日,河北省发展和改革委员会发布《关于2024年第一批风电光伏项目纳人储备库的通知》,《通知》指出,本次纳入储备库项目共291个、3111.197万千瓦,其中,风电189个、2059.54万千瓦,光伏102个、1051.657万千瓦。从项目业主来看,河北顺德、国家电投、河北交投、青龙县安胜建发、华能均超过1.5GW的储
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!