大型風力機復合材料葉片的氣動外形和載荷設計

　　以動量-葉素理論為基礎，選用NACA634改進翼形，設計了2MW風電機組葉片，并按照IEC風電機組安全規范進行了載荷設計，設計葉片通過了中國船級社認證。
　關鍵詞：風力機復合材料葉片氣動外形載荷設計
　　1引言
　　風力發電技術是當今各種可再生能源利用中技術最成熟、最具規模開發條件及商業化發展前景的一種。為了尋求替代石化燃料的能源和減少二氧化碳及污染氣體的排放，包括我國在內的許多國家都在大力發展該項技術。為了提高發電效率，風力發電設備正不斷朝著大型化方向發展，其主要機型的額定功率從以前的幾百千瓦級發展到現在的1～3MW，甚至更大。風力機功率的加大使得其葉輪的直徑不斷加大，目前一臺1.5MW風力發電機的葉輪直徑可達80m左右。與此同時，還需要使其盡可能的輕巧和高效，這就使得風力機葉片的設計變得非常復雜。
　　我國近年來對風力發電等可再生能源的發展非常重視，風電產業發展迅速，截至2008年12月31日，我國除臺灣省外新增風電機組5130多臺，新增裝機容量約624.6萬kW，當年新增裝機增長率為89%，累計裝機容量約1215.3萬kW，建立了一批新的大型風電機組生產線[1]。但在風電產業蓬勃發展背后，卻存在著大型風電機組自主設計生產能力不足的問題，國內眾多葉片廠商雖然完成了葉片制造的國產化，設計技術卻往往掌握在國外設計公司手里，特別是大容量風力機的能力。本文針對2MW風電機組葉片，完成了葉片的外形設計和載荷計算。
　　2 葉片的氣動外形設計
　　葉片的氣動外形設計是指葉片采用的翼形族、剖面弦長、扭角、相對厚度沿葉片長度方向的分布。由于風輪數值計算的網格數量大，網格生成困難、耗時等特點，同時氣動設計要根據后續的計算進行優化，將其應用于葉片氣動外形設計還有一定距離，現有工程計算及設計的基礎仍然是動量葉素理論，它也是目前國際風電行業性能、載荷計算軟件的理論基礎。
　　2.1設計參數
　　設計參數一般由葉片廠商根據風電機組總裝廠的要求，同時根據市場上同類葉片運行參數確定部分主要的設計參數。因為葉片設計出來是要面對市場的，如果主要參數差異較大，則面臨市場面較窄，從面影響企業的發展。葉片設計參數包括風電機組風輪參數和葉片本身的技術參數，一般包括：
　?。?）風輪葉片數。由于三葉片的風電機組的運行和輸出功率比較平穩，現代MW級風電機組一般為三葉片，二葉片比較罕見。
　?。?）額定風速。直接影響到風力機的尺寸和成本，在此風速下，風力機組輸出額定功率。知道了平均風速和風速的頻度，就可以按一定的原則來確定風速的大小，一般由風電機組整機廠商根據風場的勘測數據確定。