李飛飛++嚴(yán)晗++張巖++孟園園

【摘 要】風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行在十分復(fù)雜的環(huán)境下，所承受的載荷情況也很繁雜，主要包括空氣動(dòng)力載荷、重力載荷和慣性載荷。為了保證風(fēng)力機(jī)在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)得以正常運(yùn)行，必須對(duì)風(fēng)力機(jī)主要載荷進(jìn)行計(jì)算。進(jìn)行載荷計(jì)算是水平軸風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的基礎(chǔ)性工作，也是風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)和分析工作的前提。因此，本文對(duì)水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要載荷的確定方法做了具體分析。

【關(guān)鍵詞】水平軸；風(fēng)力發(fā)電機(jī)；載荷；確定方法

一、風(fēng)力機(jī)的負(fù)載來(lái)源

（一）重力

重力是施加在葉片上的一個(gè)重要力，尤其對(duì)于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，機(jī)艙重量對(duì)塔架設(shè)計(jì)和機(jī)組安裝非常重要。

（二）氣動(dòng)力

氣動(dòng)力是負(fù)載的主要來(lái)源，與功率產(chǎn)生有關(guān)，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，考慮為大風(fēng)和引起疲勞損壞的氣動(dòng)負(fù)載。大風(fēng)時(shí)葉片靜止，此時(shí)阻力是主要考慮因素。葉片旋轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，升力是主要考慮因素。

（三）慣性載荷

慣性荷載主要包括離心力和陀螺力。由于部件運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的力，葉片旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生離心力。葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)行偏航會(huì)產(chǎn)生陀螺力，在偏航速率高時(shí)，陀螺力會(huì)很大。

（四）控制系統(tǒng)的運(yùn)行載荷

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行時(shí)，由控制產(chǎn)生的載荷，如剎車、偏航、變距、脫網(wǎng)動(dòng)作等，都會(huì)引起機(jī)組結(jié)構(gòu)和部件上的負(fù)載變化。

二、水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要載荷的確定方法

（一）風(fēng)力機(jī)葉輪的基本載荷

風(fēng)力機(jī)依靠葉輪將風(fēng)中的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，葉輪是風(fēng)力機(jī)最主要的承載部件。葉輪主要承受著三種力，即重力、離心力和空氣動(dòng)力。

1.空氣動(dòng)力載荷。

葉輪上的空氣動(dòng)力是風(fēng)發(fā)電機(jī)最關(guān)鍵的動(dòng)力來(lái)源，同時(shí)也是各零部件載荷的主要來(lái)源。因此，想要計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)上的載荷，就必須提前計(jì)算出作用在葉片上的空氣動(dòng)力。計(jì)算作用在葉片翼型上的空氣動(dòng)力的主要理論依據(jù)是葉素理論。