水平轴风力发电机主要载荷的确定方法

李飞飞++严晗++张岩++孟园园

【摘 要】风力发电机运行在十分复杂的环境下，所承受的载荷情况也很繁杂，主要包括空气动力载荷、重力载荷和惯性载荷。为了保证风力机在设计寿命内得以正常运行，必须对风力机主要载荷进行计算。进行载荷计算是水平轴风力机设计中最关键的基础性工作，也是风力机设计和分析工作的前提。因此，本文对水平轴风力发电机主要载荷的确定方法做了具体分析。

【关键词】水平轴；风力发电机；载荷；确定方法

一、风力机的负载来源

（一）重力

重力是施加在叶片上的一个重要力，尤其对于大型风力发电机组来说，机舱重量对塔架设计和机组安装非常重要。

（二）气动力

气动力是负载的主要来源，与功率产生有关，在风力发电机组结构设计中，考虑为大风和引起疲劳损坏的气动负载。大风时叶片静止，此时阻力是主要考虑因素。叶片旋转运行时，升力是主要考虑因素。

（三）惯性载荷

惯性荷载主要包括离心力和陀螺力。由于部件运动时产生的力，叶片旋转会产生离心力。叶片旋转时，进行偏航会产生陀螺力，在偏航速率高时，陀螺力会很大。

（四）控制系統的运行载荷

风力发电机组在运行时，由控制产生的载荷，如刹车、偏航、变距、脱网动作等，都会引起机组结构和部件上的负载变化。

二、水平轴风力发电机主要载荷的确定方法

（一）风力机叶轮的基本载荷

风力机依靠叶轮将风中的动能转化为机械能，叶轮是风力机最主要的承载部件。叶轮主要承受着三种力，即重力、离心力和空气动力。

1.空气动力载荷。

叶轮上的空气动力是风发电机最关键的动力来源，同时也是各零部件载荷的主要来源。因此，想要计算风力发电机上的载荷，就必须提前计算出作用在叶片上的空气动力。计算作用在叶片翼型上的空气动力的主要理论依据是叶素理论。