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如何克服使用时间序列进行叶片设计静态分析带来的弱势——Dr.Andreas Gagel/Head of Rotor Blade Department

上传日期:2016-04-29  播放次数:2903
观视频介绍
以下为现场速记:

aerodyn Energiesysteme Dr.Andreas Gagel/Head of Rotor Blade Department
  大家早上好!女士们,先生早上好,非常有机会来到这里和大家分享,今天我不会推销一些产品,而是和大家分享一下我们关于最近的一些设计工艺的想法,还有分析。今天我主要是谈了一下在叶片设计工艺克服一些原理上的弱势和障碍,这个是我的结构,首先介绍一下aerodyn 公司,之后介绍一下叶片的设计以及强度的增加,最后是总结。
  大部分人都知道我们的公司,我们有独立办公室,我们13年前所成立的,我们也开立了上海工作室。aerodyn 设计了一系列的风机,叶片,从2到5MW,从2到6.5MW,差不多10%风电全球的风能企业都是aerodyn 设计,我们可以看到我们的客户也是遍布在全球各个国家,叶片设计是个非常具有高迭代率的设计过程,并且它其中有许多的领域,包括几何学,以及强度的分析,还有空气动力学,结构,还有负荷,负荷要进行计算,强度分析,应变分析等等,每个步骤上的改变都会改变应力和负荷,在设计角度也需要看一下叶片设计当中所涉及到各个负荷。
  看一下转子叶片设计的要求,首先我们希望减少单位发电量的成本,我们希望能够预测单位发电量,并且可以减少质量和负荷,可以适应不同的供应商来减少材料的成本,我们希望最大化材料的性能,最大化发挥材料的有效性,这样才能减少售后的风险。
  接下来关于所有负荷的一些预测,包括叶片的结构的响应都要进行检测和评估,这个是整个设计的评估过程,大家可以看到它的指南,一些规则,我们需要对于材料来进行检测,进行证明,并且要有合理的设计的荷载,还要有静态强度,极端负载,技术上的证明,以及塔尖和它筒的间隙来减少层压失效等等。
  还有一点在2010年指南上所规定,要进行疲劳强度的一个证明,但是核心还是叶片设计的负荷,它构成了所有结构优化的基础。在结构方面,最重要要问的问题是不是覆盖了所有风厂的实际情况,并且是不是可以寻找最优的叶片信息,这个也是我们最关注的问题。我希望能够向大家介绍一下这些问题,我们如何清晰回答这个问题。
  首先是模拟和计算叶片时间系列,比如说我们来拿5MW做一个例子,我们一共有6500多种负荷情况,其中所有的时间计算加起来多于15个MW,我们可以看一下时间的计算系列,现在主要有两个数据集要去处理,这样就可以减少负荷情况,整体负荷小于一百千瓦,这个是关于负荷设计所做出的实验和评估。当然我们还要引入更多的极端情况,发现更多的问题。以及我们将所有的数据集合成一些案例情况,当然还要看一下荷载是不是足够,并且是不是可以满足结构分析的问题,为了回答这些问题,我们需要例举什么样的证明,以及在叶片设计上要进行什么样的证明,这个是整体的一个结构。
  比如说一共有5个部分,其中每个都有设计的标准以及失效模式,它其实在每个部件都有涉及,还要胶合失效模式和层压,有动态,静态,应力的情况,我们有5个部件,3个应力设计标准需要遵守。我们看到长量设有100%,可以在不同部件层压失效和区区的情况,我们可以看到长量大于1的,那么在红表格可以看到长量100%的时候,长度是15米,所以对叶壳区所进行的测量,还有一些原则进行遵守,比如说不同段面荷载的情况,我们需要使用最大化的荷载部件。这样才能保证叶片的荷载,左边的图当中,我们可以看到摆阵,弯曲面的荷载,在第二个部件有一些起伏,这种情况在真实的叶片情况下,可能是不会发生。但是在两个段面之间,一定要注意到段面荷载的情况,但是并不是在实际叶片荷载情况下,这个是我们的解决方案,要引入实际情况对荷载进行分析。
  还有一些解决方案,就是要引入更加现实的荷载,在每一步,所有的时间系列都要进行评估,用我们的闷热工具来进行评估,所以对所有荷载情况都要有一个分析证明,这样就能够去找出不同的,以及准确的荷载情况,并且可以满足不同的设计标准,并且要找出一些关键的荷载。比如说可以看到一些失效模式,能够做出一份详尽叶片分析以及优化计划,这样可以引入更多的实际情况。
  还有就是关于数据的搜集,如果做详尽数据分析的话,在所有时间系列都可以做分析的话,可能我的电脑也需要几天时间来进行处理,它是非常实际,非常复杂的情况,还其他的一些加载时间系列,我们可以看到这样一个韧性安全情况,有些形成得到一样的结果,有些结果是不一样,但是我们要保证区区安全,因为区区也是在叶片设计当中很重要的标准,左下角可以看到长量以及位置的改变,可以去除一些不良的状况,在一些重要的部件能够实行重要的标准,比如说区区这个标准,我们可以看到它的韧性是90%,这个在所有时间系列测试之后得出来的标准。而对于比较关键失效标准里面,我们可以看到在吸入测韧性安全要比同样的状况下,全时间系列的一个平均值低10%左右。
  我们可以看到在这一测如果考虑到所有时间情况的话,它的韧性安全数字失效是10%,有了这些数字不仅可以得到负荷的情况,以及之后的原因,还有在时间系列具体的时间点。我们在右下角可以看到可能没有一个部件可以取得极限的情况,在极限情况之下,来导致  最低的RS。从这个时间点在右下角当中,我们就能够知道这个段面负荷的情况,它和左边图表红色的框是对应,我们就可以对极限负荷来进行评估。我们已经它摆阵这测负荷是更小的,当然也选择了一些情况,所以对区区标准来说,我们可以取得非常不同的结果而在右边把所有标准列出来,他们都比100%要高,但是在叶片吸入测达到了90%。
  那么,总结一下我们的采用非常先进的设计评估流程,计算载荷时间系列,然后计算韧性安全,之后就可以找到一个相对最优叶片设计,那么我们的叶片设计满足最好设计规则要求,那么对于我们的额外一些流程,我们也是通过先计算载荷时间系列,然后计算所有载荷时间系列韧性安全,将分析的结果进行简化,从而确定载荷工况。所以我们的静态强度是需要基于极限载荷工况,满足  认证安全要求。比较实际的叶片载荷,我们要进行更加详细的分析,我们开发并且实施设计的流程,是希望让叶片优化更加符合实际情况载荷基础上进行。非常感谢各位的聆听,事后大家对aerodyn 叶片设计流程有兴趣,我们可以进行私下讨论。
 
 
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