一种基于结构尺寸参数优化的风力机叶片优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于结构尺寸参数优化的水平轴风力机叶片的优化设计方法，包括以下步骤：采用现有叶片设计方法，确定叶片的气动外形参数和腹板与梁帽的初步结构参数；沿叶片径向对叶片梁帽与腹板划分为若干分段，以不同分段处梁帽的厚度与弦向宽度、以及腹板厚度为优化变量，以叶片重量为优化目标，以叶片刚度、强度、动力特性为优化限制因素，采用结构参数化优化方法，对叶片梁帽与腹板进行优化；通过优化计算，确定各段梁帽与腹板的最佳结构尺寸，之后再对各段梁帽、腹板的相邻处进行光顺过渡，得到最终优化的叶片几何结构。通过以上优化手段，可实现在保持叶片结构强度、刚度与结构动力特性在合理范围的同时，减轻叶片重量，同时也有利于减少叶片载荷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械行业风力发电
，尤其涉及一种基于结构尺寸参数优化的水平轴风力机叶片优化设计方法。
技术介绍
风能作为未来能源供应重要组成部分的战略地位受到世界各国的普遍重视。我国风能资源储量丰富，据初步估算，我国陆上离地面10米高度层的风能资源可开发量为2. 53 亿千瓦；近海区域离海面10米高度层的风能储量约为7. 5亿千瓦。从宏观上看，我国具备大规模发展风力发电的资源条件。为了实现风能的规模利用，降低风能利用成本，风电机组正朝着大尺寸、大功率的方向发展。由于尺寸的增大，叶片重量也往往随之增大。叶片重量的增大，不仅导致叶片成本的增加，同时也带来叶片载荷的增加，如离心力载荷、重力载荷等。载荷的加大对叶片强度、刚度、以及疲劳耐久性能等都带来不良影响，影响机组的安全运行。随着风电机组大型化的发展趋势，这种趋势也更加明显。目前水平轴风力发电机组风轮叶片的主要结构大都是由腹板、梁帽、蒙皮等组成。 图1为现有技术的风力机叶片的整体外观结构示意图。图2为叶片截面示图。如图1、2所示，腹板3与梁帽4为叶片的主要承载部件，承受叶片的大部分载荷。为适应叶片大型化发展趋势，针对现有技术的大型风本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于结构尺寸参数优化的水平轴风力机叶片的优化设计方法，所述叶片包括腹板（３）、梁帽（４）和蒙皮（１），其特征在于，该优化设计方法包括以下步骤：１）根据设计要求，采用现有叶片设计方法，确定叶片的气动外形参数和腹板（３）、梁帽（４）的初步结构参数；２）使用有限元数值优化方法，建立叶片的有限元结构模型；３）将叶片沿径向划分若干段，设划分段数为Ｎ，分别以各段梁帽（４）的厚度（Ｈ）与弦向宽度（Ｂ）、以及腹板（３）的宽度（Ａ）为优化变量，总计３Ｎ个优化变量；４）以叶片的重量最小为优化目标；５）依据步骤３）－４）的优化参数设定，采用有限元数值优化方法进行迭代计算，开展梁帽（４）与腹板（３）结构的参数...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：石可重，赵晓路，徐建中，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：11