1、毕 业 设 计 （ 论 文 ）题目： DDL 型叶片结构与工艺设计 DDL 型叶片结构设计 信 机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专 业无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚 信 承 诺 书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） DDL 型叶片结构与工艺设计DDL 型叶片结构设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。IIIII无 锡 太 湖 学 院信 机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专 业毕 业 设 计 论 文 任 务 书一、题目及专题：1、题
2、目 DDL 型叶片结构与工艺设计DDL 型叶片结构设计 2、专题 二、课题来源及选题依据近年来，能源危机越来越引起人们的重视，能源短缺使得可再生能源得到空前发展，风能作为取之不尽用之不竭的可再生能源在近几年得到了空前发展，世界上不少国家都把开发风能作为一项能源政策。我国作为能源消费大国，近年来因为政府的支持风电行业得到迅速发展，但我国的风电技术与风电发达国家比差距甚大，大功率的风电设备技术基本依赖进口，作为风电机组关键部件之一的叶片也是如此，叶片结构设计的好坏直接影响到风能转换的效率。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 了解国内外风力发展现状及叶片制造技术发展； 了解叶片空气动力学受力特
3、点及一系列的载荷分析 熟练掌握制造叶片的各种材料的特性和优异 了解叶片与轮毂之间的各种配合关系 四、接受任务学生：IV机械 94 班 姓名 邵亦飞 摘 要当今世界，风力发电已成为新能源主题之一。与此同时，风力发电机叶片的发展也十分迅速。其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证风力发电机组正常稳定运行的决定因素。叶片的翼型设计、结构形式直接影响风力发电装置的性能和功率。叶片是风力发电机中最核心的部分，是风力发电机中叶轮的最基础和最关键的部件，所以叶片设计的好坏，决定了风力发电机的优劣。叶片也是受力最为复杂的部件。设计良好的叶片是风力机获得较高风能利用系数和较大经济效益的基础。叶片作为接收风能的
4、主要部件,在整个风电设备系统中的地位尤显重要,要求其具有合理的翼型设计。优质的材料和先进的工艺,其设计!制造和性能成为了重点研究和大力发展的目标“目前对于叶片的研究集中在翼型、结构、材料和工艺制造方面。关键词：叶片的发展；叶片结构设计IIIAbstractIn todays world,wind power has become one of the.new energy。 theme. At the same time， the development of wind turbine blade is also very quickly. The good design， reliable
5、quality and superior performance is to ensure that the determinants of the normal and stable operation of wind turbines. Airfoil design， blade structure directly affect the performance and power of wind power generation device. The blade is the core part of the wind generator， is the most basic impe
6、ller in wind power generator and the most critical components， so the blade design is good or bad， the wind turbine performance. The leaf is the most complex part. Blade design is a good wind turbine foundation for high wind energy utilization coefficient and greater economic benefits. Leaves as rec
7、eiving the main components of the wind energy in the entire wind power equipment system is particularly important, a reasonable airfoil design! Quality materials and advanced technology, designed manufacturing and performance become the focus of research and vigorously development for blade research
8、 focused on the airfoil! structure! materials and manufacturing process.Key words：Blade；blade designVI目 录摘 要 .VAbstract .VI目 录 .VII1 绪论 .11.1 课题来源与背景 .11.2 国内外现状及前景 .11.2.1 国外风机叶片情况 .11.2.2 国内风机叶片情况 .22 叶片的研究与设计 .32.1 风力机典型结构 .32.2 叶片载荷分析 .42.2.1 载荷分类 .42.2.2 载荷计算的坐标系 .42.2.3 气动载荷（记作 s） .62.2.4 重力载荷
9、（记作 u） .72.2.5 离心力载荷（记作 v） .82.3 使用载荷和设计载荷 .82.4 叶片材料的选择 .93 叶片的结构设计 .123.1 叶片剖面结构形式设计 .123.2 叶片铺层设计 .143.2.1 铺层设计原则 .143.2.2 铺层设计过程 .153.3 叶片强度和变形设计 .153.3.1 叶片的应力计算 .153.3.2 叶片的变形计算 .163.4 叶片根端连接设计 .173.5 叶片频率的计算 .183.6 叶片结构设计算例 .193.6.1 叶片气动外形参数 .193.6.2 叶片材料选择 .203.6.3 叶片结构形式 .204 叶片结构介绍 .234.1
10、叶身的设计 .234.2 叶根的设计 .234.3 叶片剖面的形状 .244.4 叶根与轮槽配合图 .24VII5 结论与展望 .265.1 结论 .265.2 展望 .26致谢 .27参考文献 .28DDL 型叶片结构与工艺设计DDL 型叶片结构设计11 绪论1.1 课题来源与背景发展可再生能源是当前世界一个共同的趋势，可再生能源是对气候变化和解决世界能源问题的重要技术手段。风力发电是一项新兴产业，尽管当前与常规火电相比有产业规模小，一次性投资大等不利因素，但风力发电对改善环境，减少污染物排放，优化资源配置，优化电力结构有着不可估量的作用。从长远利益出发是保证可持续发展的战略措施。在中国的新
11、能源开发利用中，风力发电最具规模化开发条件和商业化发展前景，会成为将来中国一大业。 风电是世界上增长最快的能源，装机容量每年增长超过30%。到2003年初，全球风力发电装机容量达到3200万千瓦，亦即其总量己经相当于32座标准的核电站，足以供应1600万欧洲普通家庭或4000万欧洲居民的电力需求。2005年2月旨在限制发达国家温室气体排放量以抑制全球变暖的5京都议定书621也己正式生效，这对风电行业的发展无疑会带来十分积极的影响。我国的风力发电机组的制造进步较快，国产风机中某公司己经形成了600千瓦、750千瓦、1.2兆瓦系列化产品，技术水平均达到国内领先水平，所有机组均获得德国劳埃德认证，机
12、组最高国产化率超过90%，其中1.2兆瓦机组技术水平达到国际领先水平。近年来，工程设计师们都倾向于把结构材料利用到极限，使得各种结构越来越轻巧，以增加有效载荷，从而获得更大的经济效益。但这样一来，结构的挠性就增大，气流诱发的结构振动就严重了。随着科学技术的普遍发展，飞行器的速度及其动力机械部件运转的速度越来越快，地面建筑结构越来越高，桥梁跨度也越来越大，风力发电机组叶片越来越长，在空气动力作用下这些薄壁件都是很好的弹性体，极易变形而出现颤振。即结构与气流藕合振动问题的严重性在不断增长。从国内外风机的应用实际来看，由于设计中对动力学问题研究不够，造成风机不能正常运行，甚至失效和毁损的例子屡见不鲜
13、。从我国内蒙、江苏等地风机的使用情况看，有许多未经严格气动计算和动力学分析的风机，在运行中发生损毁的例子，有些样机在试运行期间问题就层出不穷，还没有投产就被迫中途停产，这些问题不解决，不但会造成巨大的经济损失，而且严重影响了风机的推广和应用。我国的制造水平和发达国家还有一定的差距，由于前期的基础研究跟不上，其中有很多没经过气动试验的叶片也在运行，叶片断裂时有发生，这些都严重阻碍了风力发电技术的进一步发展，所以要进行叶片的结构设计，使叶片本身具有很好的刚度和强度。1.2 国内外现状及前景1.2.1 国外风机叶片情况在风力发电机组中，复合材料部件主要有：叶片，机舱罩，导流罩等，其中用量最大的就是叶
14、片。风机叶片具有尺寸大，外形复杂，精度要求高，对强度和刚度要求高，表面粗糙度要求高，要求质量分布均匀性好等特点。是整个风机的最核心部分，占整个风电机组成本的 1/4 到 1/3。国外叶片研制向大型化，低成本、高性能、轻量化发展，丹麦某公司现己开发 54m 的全玻纤叶片，其单位 KW 小时成本很低，同时开发横梁和端部使用少量碳太湖学院学士学位论文2纤维的 61m 大型叶片，以开发 SMW 风机。德国某公司则开发 56m 长的碳纤维叶片，他们认为当叶片尺寸大到一定程度时，由于使用碳纤，材料用量的减少，可以使其成本不高于玻纤复合材料4；该公司现己开发的 44m 叶片仅重 9.6t。其中丹麦的某企业叶
15、片占世界叶片市场的很大份额，有完整的叶片研发、制造、试验、分析方案和设施，具有丰富的叶片设计经验。随着叶片长度的增长和海上风电的发展，叶片将遇到更复杂的气动力。进一步增加了由于气动力而导致破坏的危险。国外机组叶片大举进军中国市场，以 2004 年中国市场情况为例，国外机组占到市场份额的 75%，国内最大的某风机制造企业占到 20%；国内风机制造企业所用的叶片主要依靠进口和外资企业生产；只 20%叶片由国内生产；丹麦的世界最大的叶片制造商于 2001年在天津己经建立独资企业生产供应片；其它各国的风力行业领头企业也陆续要在天津投资建立叶片制造厂、总装厂。风力发电机组叶片是风力发电机的关键部件之一，
16、叶片的好坏自接影响风力发电机的效率、寿命和性能。而叶片的研制、生产涉及到多个学科，是高科技产品。由于国内缺乏制造大型风机叶片的技术基础，因此/九五 0 以前，我国的风力发电叶片几乎全部依赖进口。1.2.2 国内风机叶片情况当前，国内缺乏复合材料风机叶片设计的专业人才而国外己有 20 余年的设计制造历史，数十名一流的专业设计师集中在几个设计公司和制造企业，在叶片设计方面积累了丰富的经验；国外有专门的设计公司，开发出 10 余种专业软支持叶片设计，提高了效率和可靠性5。在叶片的制造工艺方面6 ，我国目前能实现批产的只有采用手糊工艺制造的叶片，而对于先进的制造技术如预浸料、RIM 等工艺正处于试验阶段；而国外己经实现先进工艺的产业化应用，很多企业采用 RIM 工艺制造大型叶片和预浸料工艺制造叶片。
