大型风力机复合材料叶片的气动外形和载荷设计

　　以动量-叶素理论为基础，选用NACA634改进翼形，设计了2MW风电机组叶片，并按照IEC风电机组安全规范进行了载荷设计，设计叶片通过了中国船级社认证。
　关键词：风力机复合材料叶片气动外形载荷设计
　　1引言
　　风力发电技术是当今各种可再生能源利用中技术最成熟、最具规模开发条件及商业化发展前景的一种。为了寻求替代石化燃料的能源和减少二氧化碳及污染气体的排放，包括我国在内的许多国家都在大力发展该项技术。为了提高发电效率，风力发电设备正不断朝着大型化方向发展，其主要机型的额定功率从以前的几百千瓦级发展到现在的1～3MW，甚至更大。风力机功率的加大使得其叶轮的直径不断加大，目前一台1.5MW风力发电机的叶轮直径可达80m左右。与此同时，还需要使其尽可能的轻巧和高效，这就使得风力机叶片的设计变得非常复杂。
　　我国近年来对风力发电等可再生能源的发展非常重视，风电产业发展迅速，截至2008年12月31日，我国除台湾省外新增风电机组5130多台，新增装机容量约624.6万kW，当年新增装机增长率为89%，累计装机容量约1215.3万kW，建立了一批新的大型风电机组生产线[1]。但在风电产业蓬勃发展背后，却存在着大型风电机组自主设计生产能力不足的问题，国内众多叶片厂商虽然完成了叶片制造的国产化，设计技术却往往掌握在国外设计公司手里，特别是大容量风力机的能力。本文针对2MW风电机组叶片，完成了叶片的外形设计和载荷计算。
　　2 叶片的气动外形设计
　　叶片的气动外形设计是指叶片采用的翼形族、剖面弦长、扭角、相对厚度沿叶片长度方向的分布。由于风轮数值计算的网格数量大，网格生成困难、耗时等特点，同时气动设计要根据后续的计算进行优化，将其应用于叶片气动外形设计还有一定距离，现有工程计算及设计的基础仍然是动量叶素理论，它也是目前国际风电行业性能、载荷计算软件的理论基础。
　　2.1设计参数
　　设计参数一般由叶片厂商根据风电机组总装厂的要求，同时根据市场上同类叶片运行参数确定部分主要的设计参数。因为叶片设计出来是要面对市场的，如果主要参数差异较大，则面临市场面较窄，从面影响企业的发展。叶片设计参数包括风电机组风轮参数和叶片本身的技术参数，一般包括：
　　（1）风轮叶片数。由于三叶片的风电机组的运行和输出功率比较平稳，现代MW级风电机组一般为三叶片，二叶片比较罕见。
　　（2）额定风速。直接影响到风力机的尺寸和成本，在此风速下，风力机组输出额定功率。知道了平均风速和风速的频度，就可以按一定的原则来确定风速的大小，一般由风电机组整机厂商根据风场的勘测数据确定。