潮流能水輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)有限元分析及選型研究.pdf

1、潮流能作為一種新型可再生能源，因其具有諸多優(yōu)點(diǎn)受到了世界眾多國(guó)家的青睞。葉片是潮流能發(fā)電裝置的重要組成部分，其性能的好壞直接影響著水輪機(jī)的工作效率。其中，良好的水動(dòng)性能是葉片獲得較高能量利用率的前提，良好的結(jié)構(gòu)性能是葉片安全運(yùn)行的保證。本文是在已給定的葉片翼型的基礎(chǔ)上對(duì)100kW潮流能葉片結(jié)構(gòu)進(jìn)行的設(shè)計(jì)選型研究。希望葉片以較小的質(zhì)量滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等要求，并能抵抗強(qiáng)潮流的襲擊。
　　本文首先系統(tǒng)地回顧了國(guó)內(nèi)外潮流能發(fā)展現(xiàn)狀，

2、在歸納潮流能水輪機(jī)葉片和參考風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了100kW級(jí)水平軸潮流能水輪機(jī)葉片的3種結(jié)構(gòu)形式，即，全金屬葉片、全復(fù)合材料葉片、金屬框架+復(fù)合材料蒙皮葉片。考慮到不同材料特性，又設(shè)計(jì)了不同的內(nèi)部框架結(jié)構(gòu)形式，包括骨架式全金屬葉片、腹板式和箱型梁式全復(fù)合材料葉片、腹板骨架式、工字梁骨架式、箱型梁骨架式的金屬框架+復(fù)合材料蒙皮葉片。為使材料充分發(fā)揮作用，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中提出了沿葉片展向進(jìn)行分區(qū)、變厚度梯度設(shè)計(jì)概念。應(yīng)用有限元軟件AN

3、SYS Workbench對(duì)以上葉片的不同結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了計(jì)算，對(duì)比分析了各種參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響，最終比選出箱型梁骨架式的金屬框架+復(fù)合材料蒙皮葉片結(jié)構(gòu)形式更為安全、合理。為避免葉片發(fā)生共振并保證葉片局部及整體的穩(wěn)定性，對(duì)選型葉片進(jìn)行了動(dòng)力特性分析。模態(tài)分析表明：葉片在低頻率下的振型主要為揮舞和擺振，且其固有頻率避開了葉片工作時(shí)的激勵(lì)頻率，葉片不會(huì)發(fā)生共振破壞。屈曲分析表明：葉片所受載荷小于葉片的臨界載荷，葉片不會(huì)發(fā)生屈曲失穩(wěn)。該選