風輪

風輪是把風的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的重要部件，它由兩只(或更多只)螺旋槳形的葉輪組成。轉(zhuǎn)子葉片工作環(huán)境惡劣：高轉(zhuǎn)速（12000轉(zhuǎn)/分）、大交變應力（頻率：8000Hz，應力水平：400MPa）,給數(shù)據(jù)采集和分析提出了很高的要求，LMS-SCADSⅢ316硬件和測量軟件SignatureTesting解決了問題。當風吹向漿葉時，槳葉上產(chǎn)生氣動力驅(qū)動風輪轉(zhuǎn)動。槳葉的材料要求強度高、重量輕，目前多用玻璃鋼或其它復合材料(如碳纖維)來制造。（現(xiàn)在還有一些垂直風輪，s型旋轉(zhuǎn)葉片等，其作用也與常規(guī)螺旋槳型葉片相同）

由于風輪的轉(zhuǎn)速比較低，而且風力的大小和方向經(jīng)常變化著，這又使轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定；所以，在帶動發(fā)電機之前，還必須附加一個把轉(zhuǎn)速提高到發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速的齒輪變速箱，再加一個調(diào)速機構(gòu)使轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定，然后再聯(lián)接到發(fā)電機上。振動的葉片對刀具切削刃施加了巨大的應變，造成裂紋，并且隨機械和熱應力而增加。為保持風輪始終對準風向以獲得大的功率，還需在風輪的后面裝一個類似風向標的尾舵。

在總結(jié)前人對葉片固有特性和振動響應分析方法的基礎上,采用解析法和有限元方法相結(jié)合,準確預估和分析葉片固有特性,采用CFD應用軟件FLUENT對葉片進行三維流場的模擬,在此基礎上對葉片進行振動響應分析。本文的主要研究內(nèi)容大致可以歸為以下幾個方面：(1)研究葉片振動的解析計算方法,在葉片扭向角不大的情況下,通過建立一些假設將葉片視為變截面梁,利用經(jīng)典的梁彎曲和梁扭轉(zhuǎn)理論計算葉片的振型和自振頻率。在風力發(fā)電機運行過程中，其相關振動信號能夠有效反映設備部件運行狀況，并承載著設備故障信息。(2)采用ANSYS有限元軟件,對葉片進行固有模態(tài)分析和帶有預應力情況下的模態(tài)分析,并對兩種情況下的結(jié)果進行了對比,其中考慮了轉(zhuǎn)速不同時的離心力對葉片固有特性的影響,并繪制Campbell圖。(3)采用FLUENT對葉片作流場分析,分析了葉片流場速度、壓力等沿葉片徑向分布情況,并研究了不同轉(zhuǎn)速對葉片流場速度、壓力的影響。(4)基于葉片流場分析的結(jié)果,應用ANSYS軟件,對考慮S1、S2氣動加載和集中載荷加載三種情況下的葉片振動響應進行了計算和分析。本文對葉片固有特性和振動響應分析方法研究實現(xiàn)了葉片振動解析法和考慮S1、S2氣動加載、集中載荷加載振動響應的計算,對葉片的初期設計有重要的意義。

提升航空發(fā)動機生產(chǎn)能力不是件易事。葉片安裝在盤片上，為讓這些盤盡可能輕，它們從一塊原材料經(jīng)銑削而成而不是一個葉片一個葉片安裝。這樣的盤片制作方法稱作整體葉盤?；谌~尖定時方法無需進行葉片改裝，且能同時測量所有葉片的狀態(tài)信息，具有較大的技術(shù)優(yōu)勢。由于葉片本身又長又薄，同時制造它們會出現(xiàn)問題。它們在生產(chǎn)中會開始振動，就像一個音叉那樣，使接下來的工作變復雜。為了避免這個問題，制造商不會完整銑削每個葉片，而是單獨加工葉片的外刃到成品形狀然后轉(zhuǎn)到下一個。在這種制造工藝中，葉片上的張力使它們的幾何外形輕微扭曲。