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1、 .学位论文原创性声明本人重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。（宋体小4号）作者签名： 年 月 日 学位论文使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、 ，在_年解
2、密后适用本授权书。2、不 。（请在以上相应方框打“”）作者签名： 年 月 日 导师签名： 年 月 日 目录摘要1前言21.风力发电简介31.1风力发电现状31.2风力发电趋势41.3风力发电机叶片现状41.4研究容71.5 常用翼型介绍72.叶片建模92.1叶片建模方法比较92.2翼型选择92.3叶片各截面空间实际坐标的求解112.4叶片立体图的pro/e建模实现123.叶片有限元分析163.1翼型主要设计参数163.2叶片载荷计算173.3模型导入ansys进行分析204.结果分析与优化方向254.1工况结果分析254.2优化方向315.结论与展望335.1结论335.2展望33致34参考文
3、献35 / 新型1.5MW风电机组叶片模型的三维建模与强度分析摘要：随着环境问题的日益突出，能源供应的渐趋紧，对可再生能源的开发利用，尤其是对风能的开发利用己受到世界各国的高度重视;本文论述了风力发电的优势与风力发电产业在中国的发展与现状，并结合风机叶片的结构和运行工况进行了以下方面的探讨。结合现有几种风机叶片设计模型，采用了NACA4412翼型，基于叶片翼型计算数据，进行了叶片截面离散点坐标变换，并用三维造型软件Pro/e对叶片进行了三维建模，为后续动力学分析奠定了基础。关键词：风机叶片；翼型；强度，Pro/e；Abstract:As the environment problem beco
4、ming increasingly seriously, and energy supply more tense, countries all over the world have put more emphasis on exploitation of renewable energy，especially wind energy. This paper first discusses the advantages of the wind power generation and the development of wind power generation industry in C
5、hina, then the following have been studied profoundly combined with the blade structure and working condition.Firstly with the existing types of fan blade design model, using a NACA4412 airfoil，with the help of 3-D modeling software and coordinate transformation, a three-dimensional model of blade w
6、as built up through Pro/e, based on the coordinates of blade sections. This laid a foundation for farther dynamic analysis.Secondly by using the ANSYS finite element analysis software for strength analysis of the fan blades to get the stress, strain cloud pictures provide a theoretical basis for opt
7、imization design.前言能源和环境是当今人类社会生存和发展所要解决的紧迫问题。常规能源以煤、石油、天然气为主，它不仅资源有限，而且造成了严重的大气污染。随着人口的增长和经济的发展，能源供需矛盾也日益突出。因此，对可再生能源的开发利用，特别是对风能的开发利用己受到世界各国的高度重视。据估计，地球上所接收到的太阳辐射能大约有2%转换成风能，装机容量可达10TW，每年可发出电力13PW.h1。近20年，发达国家在风力发电技术领域上己取得巨大的成就。并网运行的风力发电机组单机容量从最初的数十千瓦级已发展到兆瓦级;控制方式从基本单一的定桨距失速控制向全桨叶变距和变速恒频发展，预计在最近的几
8、年将推出智能型风力发电机组；运行可靠性从20世纪80年代初的50%，提高到98%以上。并且在风电场运行的风力发电机组全部可以实现集中控制和远程控制2。2001年10月，全世界风力发电装机容量突破了20000MW，其中当年新增容量达到 5000MW3。随着煤、石油、天然气等传统化石能源耗尽时间表的日益临近，风能的开发和利用越来越得到人们的重视，已成为能源领域最具商业推广前景的项目之一，目前在国外发展迅速。而风力发电机转子叶片则是风力发电机组的关键部件之一，其设计、材料和工艺决定风力发电装置的性能和功率。随着联网型风力发电机的出现，风力发电进入高速发展时期，传统材料的叶片在日益大型化的风力发电机上
9、使用时某些性能已达不到要求，于是具有高比强度的复合材料叶片发展起来。本课题主要采用ANSYS软件对某风电机组叶片进行三维建模，并在此基础上对其进行强度分析，从而为优化设计提供理论依据。1.风力发电简介1.1风力发电现状近些年，随着世界经济的迅速发展，对能源的需求持续增加，与此同时带来的全球油价维持高位，天然气价格不断攀升等问题日益突出。为解决能源危机，从20世纪70年代开始，各国政府和国际组织为新能源、可再生能源的开发和研究投入大量资金，目的在于寻求一条经济有效、可持续的发展道路。与核能、太阳能、生物质等各类新能源相比较，风力发电具备技术相对成熟，大规模开发门槛低、成本相对偏下等特点，在市场上
10、具有一定的竞争力，受到普遍重视，成为行之有效的解决能源和环境问题的重要措施之一4。目前，全球风力发电产业发展迅速，年平均增长率保持在29%左右;据全球风能协会(GWEC)公布的数据，2008年全球新增风电总投资达475亿美元，新增装机容量达27. 26 GW，比上年增长36%;到2009年底，全球装机容量已达到1.6亿千瓦，平均增长30%;据国际能源署公布的预测资料，到2020年全世界风力发电容量将达到12.6亿千瓦，是2002年世界风力发电装机容量的38.4倍。由此可见，风力发电正在受到越来越多的重视，且以势不可挡的发展态势在经济市场中占据着一定的地位。 从装机容量方面来看，世界风能协会(W
11、WEA)发布的2009世界风能报告公布的一系列数据和资料表明风力发电的迅速发展:2009年世界风电总装机容量达到159213 MW，当年新增容量38312MW，增长率达31.7%，达到2001年以来最高的年增长率;风电容量继续每3年翻1番，至2009年底全球风力发电量达到340TWh，相当于意大利全年总需电量或全球全年总用电量的2%; 2009年全球风力发电行业的营业额达500亿欧元，共雇员55万人，预计在2012年风力发电行业将首次提供100万个工作岗位;中国在风力发电行业占据着重要位置，将继续发挥火车头的作用，2009年新增装机容量13800MW，连续4年翻番2倍以上，成为风力发电机的最大
12、市场;美国、中国、德国、西班牙、印度五大风力发电国家共占全球风电容量的72.9%，略高于2008年的72.4%;随着巴西和墨西哥的发展，拉丁美洲风力发电也出现令人鼓舞的增长.根据主要风力发电国家的规划，风电在未来仍有巨大的发展空间。以欧洲为例，计划到2020年实现风力发电占总发电量的12%，而目前各国风电覆盖率水平较低，全球平均风力发电量仅占总发电量的1.19%，要实现12%的目标，还需增长近十倍。风电发展较好大国中，2007年底德国风力发电量占总发电量的4.34%，西班牙为7.78%，属于欧洲较高水平，而美国的风电覆盖率仅有 0.73%。总而言之，风力发电在美国、中国、印度以与欧洲部分国家的
13、增长仍将非常迅速。根据丹麦BTM公司观测，未来五年风电机组装机容量仍呈现上涨趋势。中国由于其庞大的消费人口以与近20年经济的迅速发展己成为世界第二大能源消费国，面临着严重的能源问题，电力持续短缺便是其主要问题之一，因此新能源发电技术的研究开发与发展迫在眉捷。自2000年以来，我国风电产业开始驶入发展的快车道，到2003年，已建有40个风力发电站，发电量达到56.7万千瓦，其中以的达坂城发电站规模最大。“十五”期间，我国风电并网迅速发展，全国装机总容量达到126万千瓦，位居世界第10位，亚洲第三位，成为继欧洲、美国和印度之后发展风力发电的主要市场之一。2005年是中国发电设备容量规模历史性突破的
14、一年，生产结构进一步优化，除省外新增风电机组592台，累计风电机组1864台，新增装机容量50.3万kw，累计装机容量126.6万kw。近几年，为满足我国持续持续增长的经济要求，国家发改革委制定了中长期能源战略规划，力争到2020年，使风电装机容量达到3000万kw，相当于替代了2200万吨标准煤，同时使我国的风电设计、制造和管理技术达到国际先进水平。此外还将陆续出台各项可再生能源管理和实施办法，为风电等各种新能源提供良好的政策保障。1.2风力发电趋势发展风电已是不可逆转的潮流，当今世界风电发展的趋势是大型化、海洋化、调速化。l)单机容量增大:为提高风能利用率，降低使用成本，5一6MW的海上风
15、电机组已经推向市场，风力发电机组正趋向大型化。2)风电机组通过不同的调节方式提高风电效率，目前比较普遍的是定桨距失速调节和变速变桨距调节;3)风电机组发电机驱动方式多样化，主要有双馈式、直驱式和混合式。其中直驱式由于其节约投资、减少传动链损失和停机时间以与维护费用低、可靠性好等特点，在市场上占有越来越大的份额5。从国际趋势来看，风电机组发电机驱动方式由直驱式和混合式取代双馈式己成为主流。4)海上风能资源丰富，因此海上风电的大规模开发与发展将是一种必然趋势。1.3风力发电机叶片现状1.3.1叶片技术现状风力发电机装机容量不断增长的大趋势要求单机容量越来越大，随着风电机组向大型化发展，叶片长度也不断增加。德国RePower公司和Enercon公司首先供应了SMW和6Mw的风力涡轮机。ReP0wer的SMw涡轮机的转子直径为126m，叶片长度为61.5m;Enereon的6MW涡轮机转子直径127m，叶片长度58m。然而，这样大的尺寸还不是极限。Enercon己在调研能否达到SMw的发电量，其他设计人员正在考虑10、12甚至巧MW的涡轮机，2020年的目标是20M
