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【优博微展2017】谢炜:水平轴风机的折叠变桨原理与气动性能研究

2017-07-06 16:18起源:清华大学研究生教导

原题目:【优博微展2017】谢炜:水平轴风机的折叠变桨原理与气动性能研究

谢炜2017年清华大学优秀博士学位论文一等奖取得者

程度轴风机的折叠变桨原理与气动性能研究

Researchon Folding Induced Pitching Theory and Aerodynamic Property of Horizontal AxisWind Turbine

作 者:谢炜

指导老师:曾攀 教学

造就院系:机械工程系

学 科:资料科学与工程

读博感言:性命不息,奋斗不止

研究背景/选题意义/研究价值

  • 近十年来风电行业在我国飞速发展,风能的大规模利用已经成为了趋势。

  • 叶片变桨技术微风轮气动载荷理论是风机技巧的两大研究热门。

  • 新型叶片变桨系统是风电技术的前瞻性研究课题,同时实现叶片有效变桨与下降变桨系统载荷为技术难点。

  • 本课题着眼于新型的叶片变桨系统和变桨结构设计,提出创新的风机结构形式,在风机变桨系统范畴具有重要意义。

  • 提出新型叶片变桨机械结构的设计准则,为新型变桨结构的工程化应用供给基础。

  • 进一步扩大惯例风机载荷计算理论,在风机基本理论方面具备重要价值。

主要研究内容

  • 折叠变桨风轮概念

采用叶片折叠与变桨耦合的方式实现叶片有效变桨,叶片折叠转变了变桨结构受力模式,折叠机械结构降低了变桨系统的载荷。

  • 风洞实验研究

系统开展静态折叠叶片气动载荷测试以及旋转折叠风轮功率测试等,为新型变桨风轮提供原感性论证和为理论算法提供准确性验证。

  • 风机气动载荷理论研究

进行折叠变桨风机气动载荷理论研究,扩展叶素动量理论算法,定量分析折叠变桨风机功率输出特性与气动特性。

  • 折叠变桨结构设计

对折叠变桨结构发展静力学分析与功率调节敏锐度分析,综合斟酌该两项性能要求,提出变桨结构参数设计准则。

  • 折叠铰链拥有倾斜折叠轴,叶片折叠与变桨耦合。

  • 支撑杆衔接叶片根部与驱动杆,驱动杆的伸缩运动通过支撑杆转化为叶片折叠运动。

  • 风轮面外弯矩为0Nm,载荷转化为支撑杆拉力。支撑杆还分担叶片的离心力。

  • 风洞实验测试折叠变桨风轮功率调节性能。

  • 图中为叶片折叠过程中,风轮锥角变化和叶片变桨的耦合效果。

  • 叶片采取3D打印技术制造。

  • 自主设计和搭建了风轮机械功率丈量平台。

主要创新点

  • 提出了折叠变桨风轮概念以及折叠变桨轮毂构造形式,该结构改良了变桨系统的受力状态,额定明升开户工况下,新结构的关键载荷仅为传统变桨结构的9.7%。

  • 针对折叠变桨风轮,剖析了叶片折叠角与变桨角的耦合关联,修正了叶素动量理论,丰盛了风轮气动载荷理论办法,理论研究结果得到了试验验证,风能利用系数的实践盘算成果与实验结果最大误差为11.8%。

  • 明白了折叠变桨风轮的关键结构参数,开展了轮毂的静力学分析,系统研究了要害结构参数对风机性能的影响规律,提出了折叠变桨轮毂结构的参数设计准则。

  • 以1MW风机作为研究对象,开展了折叠变桨风轮的应用研究。

代表性学术发表

  • XieW, Zeng P,Lei L. Wind tunnel testing and improved blade element momentum method forumbrella-type rotor of horizontal axis wind turbine. Energy, 2017, 119:334-350.(SCI收录,检索号:EK1ZV, 影响因子:4.3)

  • XieW, Zeng P, Lei L. Wind tunnel experiments for innovative pitch regulated bladeof horizontal axis wind turbine. Energy, 2015, 91:1070-1080. (SCI收录,检索号:CX0BU, 影响因子:4.3)

  • XieW, Zeng P, Lei L. A novel folding blade of wind turbine rotor for effectivepower control. Energy Conversion and Management, 2015, 101:52-65. (SCI收录,检索号:CN2SB, 影响因子:4.8)

  • XieW, Zeng P, Lei L. An innovative umbrella-type rotor of horizontal axis windturbine to regulate power and reduce wind thrust // WindEurope. Proceedings ofWindEurope Summit 2016. Hamburg: WindEurope, 2016.

  • 曾攀,谢炜,雷丽萍,等.用于大型风力发电机的两段式倾斜折叠叶片装置:中国,201210526207.3. 2015-01-21. (发明专利,已受权)

编辑:研究生院 周明坤

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