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1、叶轮运行时叶片载荷分析1 风轮气动载荷分析（分类（上课）确定载荷，随机载荷，重力载荷，惯性载荷）(1) 垂直叶轮盘面，稳定均匀流情况下：根据叶素动量理论，叶片单位长度上的力可以表示为叶轮平面外和平面内力：平面外力： （65）平面外力： （66）其中：为叶尖损失因子，为叶片数目。的方向如图3-1定义。图3-1：叶片负载旋转坐标系定义(从轮毂中心沿叶片轴外指；下风向方向垂直于叶片轴；垂直与主轴和轴)叶片平面外力和平面内力随半径的变化如图3-2所示，可以看出，平面外力近乎线性增长，这种变化趋势对任意机组来说都是一样的。图3-2：叶片平面外和平面内力随半径的变化由叶片平面外力和平面内力可计算出叶片气动
2、弯矩负载，它随半径的变化如图3-3所示，随半径的增加线性减小。图3-3：叶片气动弯矩负载随半径的变化(2) 偏斜气流下应用叶素动量理论，可以得到如图3-4的叶根平面外弯矩和平面内弯矩变化，偏航角度+300。叶片方位角的定义为叶尖朝上为叶片00方位，随着叶片旋转不断变化，（正偏航的定义为侧风吹向叶轮转盘的方向与叶尖朝上（类似时钟指向12点）时的叶片运动方向一致。）从图中两个风速的比较可知，20m/s风速时叶片弯矩接近正弦变化，方位角1800时达到最大。10m/s风速时叶片平面外弯矩在方位角2400时达到最大。图3-4：叶根平面外弯矩和平面内弯矩，偏航角度+300，随叶片方位角的变化。(3) 轴仰
3、角下为了避免叶片与塔架碰撞，采用主轴与水平方向有一定夹角办法，增加叶尖与塔架间隙，这种情况下的叶片气动负载变化类似偏斜气流下情况。(4) 风切变由于风切变的存在，风速随高度的增加而增加，呈幂指数变化关系，叶根弯矩由于风切变随叶片方位角的变化关系如图3-5所示。可以看出风速10m/s时，变化呈正弦关系，15m/s风速时由于叶片失速，叶根弯矩几乎恒定不变。图3-5：由于风切变，叶根弯矩随叶片方位角的变化关系(5) 塔影效果筒形塔架比衍架式塔架塔影效果更严重，气流在塔架处分离，造成速度损失，下风向型机组尤其严重。应用叶素动量理论，得图3-6，由图中可以看出，当叶片塔筒间隙等于塔架半径时，低风速段（风速10m/s），叶根平面外弯矩下降厉害；如果增大间隙，会改善一些。高风速段时（风速20m/s），情况会好一些。图3-6：塔影效果引起的叶根弯矩随叶片方位角的变化关系
