大型风能发电机组叶片再设计系统研究

叶片的外形设计和翼型的选择是影响风力机性能和产能效率最为核心的技术。提出了一种大型风能发电机组叶片再设计的原理和方法,对叶片模型进行剖析,寻找几何特征,探索制约叶片形状的基本因素,确定叶片截面参数计算公式,利用所开发的叶片翼型自动生成系统,完成了叶片的再设计,并得到了实际应用。结果表明：这种再设计方法满足产品设计需求。     

大型风能发电机组叶片反求再设计

叶片的外形设计和翼型的选择等都能影响风机性能和产能效率。提出一种大型风能发电机组叶片反求再设计的原理和方法,通过对大型风能发电机组叶片反求测量、大型风能发电机组叶片逆向CAD建模,寻找几何特征,探索制约叶片形状的基本因素,确定叶片截面参数计算公式,利用所开发的叶片翼型自动生成系统,完成了叶片的再设计,并得到了实际应用。     

风力机叶片内侧翼型综合改型对翼型气动性能影响

针对风力机叶片内侧翼型,研究其改型前后的气动性能,揭示在叶片内侧相对厚度、相对弯度、尾缘厚度综合改进翼型的规律。通过Profili和Matlab软件对翼型相对厚度、相对弯度和尾缘厚度参数化处理,用Profili和Fluent软件数值模拟,对比原始翼型和改进翼型升阻力系数、升阻比及翼型表面压强和速度分布。结果表明:综合改进翼型不能单纯将相对厚度、相对弯度、尾缘厚度按各自最佳综合改进,需进一步研究综合改进翼型方法;在叶片内侧保证结构强度的前提下,按相对弯度在最佳的基础上增大1%弦长左右,尾缘厚度在最佳的基础上减小2%弦长左右,改进后的翼型气动性能较好。研究结论可供风力机叶片翼型设计和改型量化参考。     

垂直轴风轮叶片翼型的性能对比分析

提出基于Profili软件与Fluent软件的风力机翼型性能快速准确对比方法。基于正问题设计给出一种新的叶片翼型,对比新翼型和初始翼型的几何形状、气动系数和流场分布情况。研究发现:新翼型上下表面的压差明显增大,其综合特性优于初始翼型。采用数值模拟和试验研究相结合的方法,对采用上述两种翼型的垂直轴风力机的气动性能进行分析。结果表明:推动新风轮的合力矩要高于初始风轮受到的合力矩,新风力机的启动特性有了明显改善,单位时间的发电量至少增加了10%。     

风力机叶片结构设计与数值模拟

采用CFD技术对NACA0018型、NACA63A010型、NACA4412型、NACA23012型4种代表性翼型进行仿真分析,得出其单叶片翼型的压力场、速度场、升力系数和阻力系数变化情况,并对仿真过程中得到的曲线进行分析,得到4种翼型在不同风速工况下的气动特性因数。采用4种翼型中气动性能最优的NACA0018翼型,作为风力机叶片的截面翼型,借助MATLAB和SolidWorks软件完成风力机叶片结构建模。     

大型空腔叶片的三维逆向造型研究（英文）

研究了大型空腔定子叶片逆向造型的若干关键技术:数字化测量方法、数据处理和三维模型重构。定子叶片的型面非常复杂,具有空间大曲率翼型结构,其造型设计对于对流体的流动特性影响很大。并且叶片具有空腔结构,常规的数字化测量方法很难简便地测得完整的点云数据。针对该空腔叶片的特殊结构,设计了一种合理的测量方案和数据精简方案,并进行了模型重构,最终得到了叶片的三维模型。大型空腔叶片的逆向三维造型研究可以缩短定子叶片的改进和创新设计周期,为叶片的铸模设计及后续加工提供依据。     

大型空腔叶片的三维逆向造型研究

研究了大型空腔定子叶片逆向造型的若干关键技术:数字化测量方法、数据处理和三维模型重构.定子叶片的型面非常复杂,具有空间大曲率翼型结构,其造型设计对于对流体的流动特性影响很大.并且叶片具有空腔结构,常规的数字化测量方法很难简便地测得完整的点云数据.针对该空腔叶片的特殊结构,设计了一种合理的测量方案和数据精简方案,并进行了模型重构,最终得到了叶片的三维模型.大型空腔叶片的逆向三维造型研究可以缩短定子叶片的改进和创新设计周期,为叶片的铸模设计及后续加工提供依据.     

风力机叶片覆冰翼型气动性能的数值模拟（英文）

以某1.5 MW风机叶片S818翼型为研究对象,建立了翼型流场有限元分析模型。采用基于Reynolds平均的Navier-Stokes不可压缩粘性方程作为流动控制方程,对无冰翼型、霜冰、弦长冰及角冰翼型进行数值模拟分析,得到了-2°-20°攻角下不同厚度叶片翼型的升阻比、速度矢量和表面压力分布。研究结果表明:覆冰越厚,翼型的最大升阻比降幅越大。对于弦长冰和角冰在厚度达到一定值时,使得升阻比损失产生较大的突变。在覆冰厚度都为10 mm时,角冰的最大升阻比减幅最大,达到22.04%;其次是弦长冰为11.97%,霜冰的最小为6.41%。同时结冰后的翼型会提前进入失速区,导致桨叶气动性能恶化,降低了风机的功率系数。     

风力机叶片覆冰翼型气动性能的数值模拟

以某1.5 MW风机叶片S818翼型为研究对象,建立了翼型流场有限元分析模型。采用基于Reynolds平均的Navier Stokes不可压缩粘性方程作为流动控制方程,对无冰翼型、霜冰、弦长冰及角冰翼型进行数值模拟分析,得到了-2°-20°攻角下不同厚度叶片翼型的升阻比、速度矢量和表面压力分布。研究结果表明：覆冰越厚,翼型的最大升阻比降幅越大。对于弦长冰和角冰在厚度达到一定值时,使得升阻比损失产生较大的突变。在覆冰厚度都为10 mm时,角冰的最大升阻比减幅最大,达到22.04%;其次是弦长冰为11.97%,霜冰的最小为6.41%。同时结冰后的翼型会提前进入失速区,导致桨叶气动性能恶化,降低了风机的功率系数。     

基于CFD的垂直轴式风力机关键技术研究

在垂直轴风力机结构设计的基础之上,采用CFD技术对其流场及气动性能作了深入分析。根据分析结果来研究叶尖速比、叶片翼型、叶片安装角度等因素对风力机气动性能的影响,得出了翼型在叶尖速比λ=2、风速约为12 m/s时,风力机风能利用率最大,从而为风机叶轮优化设计提供了参考。     

基于知识驱动的叶片锻模智能化设计系统

由于传统锻模设计多为人工完成,工作强度高且效率低下,为了提高叶片锻模的设计效率,简化设计人员的工作强度,使叶片锻模的设计自动化、规范化,提出了一种基于知识驱动的叶片锻模智能化系统设计。为此,构建了以实例推理和基于规则推理的智能化设计方法,通过对设计原则等知识的获取和再利用,实现产品自上而下的设计。研究结果表明,叶片锻模智能化设计系统在企业实际生产中能对经验规则进行较好的整理和重用,有效提高了叶片锻模设计效率。     

专利摘要

210301一种改进的涡轮叶片蜡模成形方法[世界知识产权组织]WO2020245539,2020.06.03,BOHLI Ramzi;BECHELANY Mirna;DANGEUL Didier;GUERCHE Didier Maurice Marceau;LE HEGARAT Alain Armel;NIANE NgadiaTaha[法国]本发明涉及一种在通过失蜡法制造涡轮叶片过程中的蜡模成形方法。其中,需要使用型芯,将上表面壳和下表面壳固定在型芯的管道两侧,将所述具有上表面壳和下表面壳的型芯放置在注塑模具中,再将蜡注入到所述型芯周围以形成蜡模,该蜡模包括翼型和包含有榫齿的叶根。设置在型芯周围的上表面壳和下表面壳就是为了形成蜡模中的榫齿结构。     

基于协同仿真的风力发电机叶片的疲劳研究

对反求得到的叶片实体,应用动力学仿真软件ADAMS和有限元分析软件Ansys进行协同仿真确定叶片疲劳载荷谱以及利用线性损伤累积理论分析玻璃钢叶片的疲劳问题,得到叶片疲劳寿命等数据,为产品的再设计、再创新提供参考。     

翼型风帆液压系统的设计与分析

主要介绍翼型风帆液压系统的组成、控制原理,设计特点和试验试航等内容。通过陆基试验,船载试航完成各工况海况加载及数据采集分析,证明整机已达到设计要求。该液压系统的成功研发使用,对翼型风帆的推广使用和节能降耗有着重要意义。     

导轮叶片反向设计

本文先用反向设计的方法对变距器导轮的叶片形面进行取点重构，然后再利用正向设计的方法进行导轮的三维造型。讨论了应用快速原型技术（Rapid Prototyping,RP)制造导轮快速模具（Rapid Tooling,RT)的方法。     

逆向工程技术在叶片生产制造中的应用研究

叶片表面是由非常复杂的自由曲面构成,设计十分困难。传统设计方法难以满足当今市场的需要,逆向工程技术的发展解决了叶片设计的难题。介绍了逆向工程技术的基本概念和工作流程,阐述了逆向工程技术在叶片设计制造方面的研究现状,主要包括两个方面:叶片模型重构和叶片检测,并对其发展方向进行了探讨。     

粗糙度对风力机翼型气动性能影响的研究

为了得到粗糙度对翼型气动性能的影响,采用CFD数值模拟,研究了S809翼型布置粗糙度时的气动性能,得到了其敏感粗糙度;模拟计算了翼型吸力面和压力面分段布置粗糙度时,翼型升、阻力的变化;采用对称加厚的方式对S809翼型进行钝尾缘修型,并对最优修型和原始翼型气动性能进行了比较。结果表明:粗糙度0.5 mm是S809的敏感粗糙度,吸力面距离前缘5%、55%弦长位置和压力面相距45%、65%弦长位置是翼型粗糙度敏感位置;钝尾修型2%弦长为最优,修型之后的升力在布置粗糙度后有明显提升,综合指标数表明:改型翼型相比于原始翼型具有相对较低的粗糙度敏感性。     

10MW大功率风电叶片实验台控制系统的设计及实现

介绍了10 MW大功率风电叶片实验台控制系统的设计及实现方法。风电叶片实验台是测试风电叶片性能的专用实验装置,它用于模拟、测试叶片在各种受力情况下叶片的变形状况,它可测试86 m长的风电叶片。文章从试验台结构、功能设计、硬件设计和软件设计等对系统进行了详细介绍。     

钛合金叶片精锻工艺的RSM优化方法

提出了一种基于有限元数值模拟和响应面法对叶片精锻工艺的优化方法,给出了表征叶片锻模型腔填充特性的新型目标函数,讨论了叶片平衡角及毛坯尺寸对叶片锻模填充过程的影响,构造了目标函数对设计变量的响应面函数.以钛合金叶片精锻过程为例,应用所提出的方法对现行工艺条件下的叶片平衡角和毛坯宽厚比进行了组合优化,所得结果有助于钛合金叶片精锻工艺设计和钛合金叶片锻件质量控制.     

铸造旧砂再生用叶片式磨轮机的改进

为提高铸造旧砂再生效果和再生效率,针对原有叶片式磨轮再生机存在的一些问题,在原有结构基础上进行了设计改进。制作实验样机并进行工艺实验分析,通过调整加工时间、砂轮线速度、砂轮与叶片的间距得到了一组使再生效果最好的参数,分别为加工时间20 min、线速度19 m/s、间距1 mm。对比改进前后再生效果实验数据,发现改进后的叶片式磨轮再生机再生效果提升明显,设计改进比较成功。