风电叶片的防雷技术及应用

风电是新兴的清洁能源,随着风电场单机容量逐渐增大,轮毂高度和叶轮直径增加,也增加了风电机组被雷击的风险,由于雷电的随机性,只能采取防雷措施减小雷击概率。风电机组雷害中,叶片遭受直击雷的损失最大,因此叶片的直击雷防护是风电机组防雷中最重要部分。文章对雷电原理、雷击风险评估、叶片雷击损坏机理以及防雷措施进行了较全面的阐述,为设计叶片防雷系统提供依据。

基于UG的风电叶片三维建模研究

作为叶片三维CFD分析、叶片结构设计和叶片模具设计的基础,必须建立叶片的三维模型。文章提出了风电叶片的一种三维建模方法,首先介绍了如何合理选取翼型和设计后缘型线,利用Excel软件将翼型坐标点变换为叶片各个截面的三维空间坐标,最后运用UG强大的三维曲面建模功能建立叶片几何外形的复杂曲面。该方法缩短了建模周期,提高了叶片三维模型的准确度,为更好地进行叶片结构分析等后续工作打下良好的基础。文章最后还简单介绍了基于叶片三维模型的初步结构设计,为叶片结构设计和工艺设计人员提供帮助。

水平轴风力机载荷工况设计方法研究

风力机运行在非常复杂多变的自然条件下,不同的外部环境,对风力机各零部件受力状况的影响是不同的。为了实现载荷计算的目的,满足设计要求,水平轴风力机的载荷计算是以机组将要承受的、包含各重要条件的载荷工况来体现的。本文重点讨论载荷工况设计方法及其注意事项。

浅析水平轴风力机叶片设计叶尖速比的选择

设计叶尖速比是风力机叶片设计中需要考虑的重要因素,文中分析了叶尖速比对叶片的弦长、载荷、气动性能、整机的功率和发电量等的影响,讨论了设计叶尖速比的选择。并分析得出增大设计叶尖速比,能够减小叶片弦长、载荷、成本,提高气动性能,但会使机组发电量有所下降的结论。

风力机叶片翼型俯仰与动尾翼耦合运动数值仿真

现代风力机叶片普遍采用变桨系统降低气动载荷。尾缘襟翼是实现飞机机翼载荷控制的一种可行方法,然而由于相关技术尚未成熟,动尾翼尚未实际应用在风力机叶片上。本文采用数值计算模拟和分析动尾翼与翼型俯仰耦合状况下的动态升力变化。采用结构化网格,对尾缘襟翼部分应用浸入边界方法,其余部分仍然沿用传统贴体网格算法,实现了动尾翼的仿真又保证了较高的计算效率。计算结果与风洞实验进行了详细对比,动态升力的变化趋势和大小均显示了较好的吻合,为包含动尾翼的智能叶片开发提供参考。

风力机叶片气动噪声的影响参数

随着风力机的大型化发展,风电机组噪声对环境的影响不容忽视,必须对风力机气动噪声进行预测和控制。选取基于NACA、DU翼型的某风力机叶片作为研究对象,采用修正BPM半经验模型计算叶片的气动噪声特性,通过改变翼型族、弦长、机组运行状态、风切变指数、来流风向参数,研究叶片外形几何参数、机组运行工况对叶片气动噪声源的影响。计算结果从多个角度总结出水平轴风力机叶片气动噪声的变化规律,为开发高效低噪风电叶片提供参考。

风力机翼型尾缘厚度对气动噪声的影响

文章研究不同尾缘厚度对翼型气动噪声的影响.选取DU 93-W-210和DU 97-W-300翼型作为研究对象,采用XFOIL计算翼型的气动数据,并结合半经验模型模拟翼型气动噪声特性.通过改变翼型的尾缘厚度,研究尾缘厚度对气动特性和声压级的影响.结果表明:尾缘增厚对较大厚度的DU 97-W-300翼型升阻比的影响较小,而对较薄的DU 93-W-210翼型的影响明显.和较薄翼型相比,较厚翼型的尾缘厚度增加导致的声压级相对变化较大.在一定范围内,尾缘增厚会导致声压级先增加后降低,应严格控制较薄翼型的尾缘厚度;但是在一定范围内增加较厚翼型的尾缘厚度,可以获得较大的结构性能提升而损失较小的升阻比,并获得较低的噪声水平.

抛物方程(PE)方法在风电场噪声传播中的应用研究

随着风力机的大型化和分散式布局的推进,风电场的噪声污染越来越不可忽视。依托建设在平坦地形的某风电场项目,选取某兆瓦级大型风电机组。首先采用噪声源计算软件,基于抛物方程(PE)方法,分析了声传播过程中的衰减特性。然后,结合声传播模型和声叠加模型,利用MATLAB软件编程计算,给出了噪声云图,分析了风电场噪声传播分布。最后,对比了WindPro软件与抛物方程(PE)方法的特点和计算结果,讨论了抛物方程(PE)方法的可靠性。结论表明,抛物方程方法有足够的准确性和可靠性模拟风电场的噪声传播分布,可在将来风电场建设布局时,为降低噪声对居民的影响提供参考。

风电叶片接闪器腐蚀及其雷电试验研究

风力发电是一种大规模应用新能源,由于设备自身的特点,叶片容易遭受雷击,需安装接闪器进行雷电防护。根据叶片实际运行中遇到的接闪器大气腐蚀问题,研究了大气腐蚀的特点,归纳概括了常用铝合金材质叶片接闪器的腐蚀速率,并对接闪器1000 h盐雾腐蚀后的叶片进行雷电试验,评估接闪器腐蚀后的防雷性能。

锯齿尾缘对风电机组气动性能的影响

随着我国风电场建设由三北地区向西南山区、沿海等地区转移,同时风力机的风轮直径已经突破200米,风力机的噪声问题越来越严重。锯齿尾缘是目前最常用的风电叶片被动降噪附件,但也导致风电机组气动性能和载荷发生变化。在扬州大学低速风洞开展了翼型升力、阻力、表面压力分布等风洞试验研究,验证了不同锯齿尾缘对翼型气动性能的影响。采用大型风力发电机组设计与分析软件BLADED进行仿真模拟,探讨了锯齿尾缘对风电机组气动性能的影响,评估了锯齿对叶根稳态载荷的影响。结果表明,锯齿尾缘会提高风电机组气动性能,也会增大叶根稳态载荷。

海上风电机组碳纤维叶片防雷系统设计及仿真分析

随着碳纤维材料在海上风力发电机组长叶片中的广泛应用,碳纤维叶片的防雷技术成为亟待解决的问题。根据IEC61400-24要求,碳纤维叶片防雷需要在碳纤维材料表面布置导体防止碳纤维结构遭受破坏,目前碳纤维叶片防雷主要采用防雷金属网,但金属网需要在每次雷击后进行维护和修补,无形中增加了后期维护成本。结合接闪器和金属网的各自优势,提出了一种金属网结合接闪器的双回路防雷系统,并通过仿真分析验证了该系统的有效性。本防雷系统可减少叶片维护次数,提高风机安全可靠性,提升风电产品的市场竞争力。

风电叶片接闪器腐蚀前后的雷击损伤机理仿真研究

雷电这一自然现象对风力发电机组安全运行带来极大威胁,在风电叶片中预埋接闪器是目前广泛应用的一种雷电防护技术,而对接闪器受大气腐蚀影响、表面覆盖有腐蚀产物之后的接闪性能鲜有研究。建立接闪器腐蚀前后的雷电流传导模型,通过电、热耦合的多物理场仿真,研究接闪器腐蚀前后的雷击损伤变化及其机理,为后续海上风电接闪器的防雷设计和防腐蚀设计提供参考。

风电机组整机防雷系统的动态仿真分析

本文从风电机组整机雷电防护的角度,运用多物理场专业仿真软件,对雷电进行动态接闪仿真,分析了叶片转动到不同角度时的雷电附着情况,计算了叶片不同位置雷击概率,并分析了叶轮对机组周围基础设施的雷电防护能力,对设计防雷系统设计具有指导意义。

风力机叶片二元翼段线性颤振频域分析

为了研究风力机叶片翼型颤振引发气动弹性失稳问题,本文从二维翼段的沉浮和俯仰运动出发,建立二元翼段结构动力学方程,结合频域气动力模型Theodorsen理论计算非定常气动力,建立二元翼段线性颤振模型。采用v-g法对该模型进行频域求解,得到颤振速度和相应的颤振频率。进一步分析了翼型的无量纲参数对颤振的影响,结果表明颤振速度随着质量比增大而增大。

翼型最大厚度及位置对气动噪声的影响

本文将研究不同最大相对厚度及翼型最大厚度位置对翼型气动噪声的影响。以NACA4与NACA6系列翼型为研究对象,采用基于BPM理论的风力机翼型噪声源仿真软件,研究翼型最大相对厚度及其位置对气动特性和声压级的影响。结果表明:最大相对厚度增大,翼型的气动特性变差,噪声变大。最大厚度越靠近尾缘处时,最大升力系数越大,最大升阻比越大,所对应的最优攻角越小,噪声先增大后减小。

风电叶片锯齿尾缘材料选取及安装工艺要领

随着我国风电场建设由三北地区向西南山区、沿海地区转移,同时风力机的风轮直径已经突破200 m,风力机的噪声问题越来越严重。锯齿尾缘是目前最常用的风电叶片被动降噪附件,但也导致风电机组气动性能和载荷发生变化。如何选择锯齿尾缘材料及其安装方式,已经成为行业内的重要研究课题。为此通过一些性能测试对锯齿尾缘材料及安装方式进行比较,从适用性和可操作性上对锯齿尾缘的优选进行了工艺评估。