风轮设计的重要性及关键点

风轮的设计关系到风力发电机组的技术、经济指标的全局。风轮的一般设计流程如图6-1所示。

图6-1 风轮的一般设计流程

从图6-1可见，风轮设计的重点是风轮叶片的设计。

风轮叶片（简称叶片）是风力发电机组的重要部件之一，其设计质量对风力发电机组整体及其零部件的性能和寿命有直接影响。随着风力发电机组容量和叶片尺寸的不断增大，叶片外形和结构也更加复杂，且由于叶片精度、性能和刚度要求高等特点，使叶片设计技术显得更为重要。

风轮叶片设计理论与方法是涉及多学科交叉的问题，需要应用空气动力学、机械设计理论、结构静力学与动力学、材料学等多方面的知识。

风轮叶片的主要设计目标包括：

1）良好的空气动力外形，能够充分利用风电场的风资源条件，获得尽可能多的风能；

2）可靠的结构强度，具备足够的承受极限载荷和疲劳载荷能力；

3）合理的叶片刚度、叶尖变形位移，避免叶片与塔架碰撞；(www.xing528.com)

4）良好的结构动力学特性和气动稳定性，避免发生共振和颤振现象，振动和噪声小；

5）耐腐蚀、防雷击性能好，方便维护；

6）在满足上述目标的前提下，优化设计结构，尽可能减轻叶片重量、降低制造成本。

一般而论，叶片设计可分为空气动力学设计（以下简称气动设计）阶段和结构设计阶段。在气动设计阶段需要通过选择叶片几何最佳外形，实现年发电量最大的目标；结构设计阶段需要分析选择叶片材料、结构形式和其他设计参数，实现叶片强度、刚度、稳定性以及动态特性等目标，一般情况下设计需要首先从叶片的气动外形设计展开，然后再根据气动设计要求进行结构设计。

但实际上，这种设计流程并不是绝对的，亦即叶片结构设计不能也不可能完全处于从属地位。从叶片总体设计开始，往往就需要从结构设计角度对气动方案提出修改意见，甚至不得不改变某些截面的气动外形，以获得叶片气动与结构性能的合理匹配。因此，优良的叶片设计是在各种性能关系合理平衡的过程中形成的结果，如图6-2所示。

图6-2 叶片的设计流程

在长期的实践中，已经形成了很多种叶片翼型，应用于不同的场合。这些标准翼型可以在叶片设计中进行参照。