風(fēng)輪

風(fēng)輪是把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)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(yīng)力（頻率：8000Hz，應(yīng)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(dāng)風(fēng)吹向漿葉時(shí)，槳葉上產(chǎn)生氣動(dòng)力驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。槳葉的材料要求強(qiáng)度高、重量輕，目前多用玻璃鋼或其它復(fù)合材料(如碳纖維)來制造。（現(xiàn)在還有一些垂直風(fēng)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(fēng)輪的轉(zhuǎn)速比較低，而且風(fēng)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(dòng)發(fā)電機(jī)之前，還必須附加一個(gè)把轉(zhuǎn)速提高到發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的齒輪變速箱，再加一個(gè)調(diào)速機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定，然后再聯(lián)接到發(fā)電機(jī)上。振動(dòng)的葉片對(duì)刀具切削刃施加了巨大的應(yīng)變，造成裂紋，并且隨機(jī)械和熱應(yīng)力而增加。為保持風(fēng)輪始終對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向以獲得大的功率，還需在風(fēng)輪的后面裝一個(gè)類似風(fēng)向標(biāo)的尾舵。

在總結(jié)前人對(duì)葉片固有特性和振動(dòng)響應(yīng)分析方法的基礎(chǔ)上,采用解析法和有限元方法相結(jié)合,準(zhǔn)確預(yù)估和分析葉片固有特性,采用CFD應(yīng)用軟件FLUENT對(duì)葉片進(jìn)行三維流場的模擬,在此基礎(chǔ)上對(duì)葉片進(jìn)行振動(dòng)響應(yīng)分析。本文的主要研究內(nèi)容大致可以歸為以下幾個(gè)方面：(1)研究葉片振動(dòng)的解析計(jì)算方法,在葉片扭向角不大的情況下,通過建立一些假設(shè)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(jì)算葉片的振型和自振頻率。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中，其相關(guān)振動(dòng)信號(hào)能夠有效反映設(shè)備部件運(yùn)行狀況，并承載著設(shè)備故障信息。(2)采用ANSYS有限元軟件,對(duì)葉片進(jìn)行固有模態(tài)分析和帶有預(yù)應(yīng)力情況下的模態(tài)分析,并對(duì)兩種情況下的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,其中考慮了轉(zhuǎn)速不同時(shí)的離心力對(duì)葉片固有特性的影響,并繪制Campbell圖。(3)采用FLUENT對(duì)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(duì)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(yīng)用ANSYS軟件,對(duì)考慮S1、S2氣動(dòng)加載和集中載荷加載三種情況下的葉片振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了計(jì)算和分析。本文對(duì)葉片固有特性和振動(dòng)響應(yīng)分析方法研究實(shí)現(xiàn)了葉片振動(dòng)解析法和考慮S1、S2氣動(dòng)加載、集中載荷加載振動(dòng)響應(yīng)的計(jì)算,對(duì)葉片的初期設(shè)計(jì)有重要的意義。

提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)葉片一個(gè)葉片安裝。這樣的盤片制作方法稱作整體葉盤?；谌~尖定時(shí)方法無需進(jìn)行葉片改裝，且能同時(shí)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(shí)制造它們會(huì)出現(xiàn)問題。它們在生產(chǎn)中會(huì)開始振動(dòng)，就像一個(gè)音叉那樣，使接下來的工作變復(fù)雜。為了避免這個(gè)問題，制造商不會(huì)完整銑削每個(gè)葉片，而是單獨(dú)加工葉片的外刃到成品形狀然后轉(zhuǎn)到下一個(gè)。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。