水平軸風力發電機主要載荷的確定方法

李飛飛++嚴晗++張巖++孟園園

【摘 要】風力發電機運行在十分復雜的環境下，所承受的載荷情況也很繁雜，主要包括空氣動力載荷、重力載荷和慣性載荷。為了保證風力機在設計壽命內得以正常運行，必須對風力機主要載荷進行計算。進行載荷計算是水平軸風力機設計中最關鍵的基礎性工作，也是風力機設計和分析工作的前提。因此，本文對水平軸風力發電機主要載荷的確定方法做了具體分析。

【關鍵詞】水平軸；風力發電機；載荷；確定方法

一、風力機的負載來源

（一）重力

重力是施加在葉片上的一個重要力，尤其對于大型風力發電機組來說，機艙重量對塔架設計和機組安裝非常重要。

（二）氣動力

氣動力是負載的主要來源，與功率產生有關，在風力發電機組結構設計中，考慮為大風和引起疲勞損壞的氣動負載。大風時葉片靜止，此時阻力是主要考慮因素。葉片旋轉運行時，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。由于部件運動時產生的力，葉片旋轉會產生離心力。葉片旋轉時，進行偏航會產生陀螺力，在偏航速率高時，陀螺力會很大。

（四）控制系統的運行載荷

風力發電機組在運行時，由控制產生的載荷，如剎車、偏航、變距、脫網動作等，都會引起機組結構和部件上的負載變化。

二、水平軸風力發電機主要載荷的確定方法

（一）風力機葉輪的基本載荷

風力機依靠葉輪將風中的動能轉化為機械能，葉輪是風力機最主要的承載部件。葉輪主要承受著三種力，即重力、離心力和空氣動力。

1.空氣動力載荷。

葉輪上的空氣動力是風發電機最關鍵的動力來源，同時也是各零部件載荷的主要來源。因此，想要計算風力發電機上的載荷，就必須提前計算出作用在葉片上的空氣動力。計算作用在葉片翼型上的空氣動力的主要理論依據是葉素理論。