风力发电机组轮毂和塔架的载荷分析研究

论文摘要

根据动量-叶素理论对1.5MW风力发电机组的叶片进行了气动外形设计,计算得到1.5MW风力发电机组的叶片直径、得到了各截面的弦长、入流角、轴向诱导和周向诱导因子、升力和阻力等气动参数;计算得到1.5MW风力发电机组在额定风速、切出风速和极端风速工况下的载荷,作为轮毂和塔架的载荷计算的载荷值。运用有限单元法和有限元分析软件对1.5MW风力发电机组的轮毂和塔架进行载荷分析。对1.5MW风力发电机组的轮毂进行了三维建模并在ANSYS中进行了静力学分析分析,分析得到了轮毂的受力状况和危险截面,为轮毂的设计和改进提供了依据。对1.5MW风力发电机组的塔架分析时,分别建立了三种不同形式的塔架模型,利用ANSYS软件进行了详细的静载荷分析,比较了三种不同塔架的最大应力、位移、应力分布上的不同,同时对塔架进行了模态分析,得到了塔架的振型和固有频率,并进行了分析比较。最后利用有限元分析软件的优化设计模块对塔架的壁厚进行了优化,并验证了优化结果的正确性,从而达到了减轻重量、降低成本的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 国外风电技术的发展
• 1.2 国内风电技术的发展
• 1.3 存在的问题
• 1.4 本课题的意义和研究内容
• 2 有限单元法
• 2.1 有限单元法和ANSYS 软件
• 2.2 有限单元法的分析流程
• 3 风力发电机组的设计和气动载荷计算
• 3.1 风力发电机组的结构
• 3.2 风力发电机组叶片设计的理论基础
• 3.3 1.5MW 风力发电机组叶片的设计计算
• 3.3.1 叶轮设计的初始参数
• 3.3.2 叶轮直径的确定
• 3.3.3 尖速比
• 3.3.4 翼型的选择
• 3.3.5 叶片各剖面弦长的确定和气动力计算
• 4 风力发电机组轮毂的有限元分析
• 4.1 风力发电机组轮毂
• 4.2 轮毂的有限元分析过程
• 4.3 1.5MW 风力发电机组轮毂的模型建立
• 4.4 轮毂的静力学分析
• 4.5 结论
• 5 风力发电机组塔架的有限元分析
• 5.1 风力发电机组塔架
• 5.2 风力发电机组塔架设计
• 5.3 风力发电机组塔架所受载荷
• 5.4 1.5MW 塔架模型的建立
• 5.5 塔架的静力学分析
• 5.5.1 塔架的静力学分析计算结果
• 5.5.2 分析结果讨论
• 5.6 塔架的模态分析
• 5.7 塔架的优化设计
• 5.7.1 优化设计概述
• 5.7.2 ANSYS 优化设计基础
• 5.7.3 优化设计实例
• 6 结论和讨论
• 6.1 结论
• 6.2 讨论
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介