风力发电机塔架结构动力特性分析

论文摘要

风电作为现今国家大力发展的一种清洁能源,其装备制造及基础结构建设是重要的一个方面。垂直轴风力机相对于水平轴风力机有其独特的优势和发展前景,但是学界和工程界对垂直轴风力机结构的研究相对较少。尤其是当今一些风电设备制造行业的发展迫切需要能从理论上解决垂直轴风力机结构的一些实际存在的结构强度问题、动力学问题等等。这些问题的解决能有效的促进垂直轴风力机产业化的开展。本课题主要采用有限元对垂直轴风力机结构进行合理的,通过结合风力机的实际运行中出现的技术问题,设定不同的工况,研究结构在不同工况条件下受力特性和破坏形式,同时通过对比分析来对垂直轴风力机的动力学特性进行深入的研究。本文主要以风轮结构转动对载荷的影响为主线,分析了风轮结构在风荷载作用下,风轮结构的转动对风荷载的影响及受到影响的风荷载对风机整体结构的作用。此外,文章还对风轮结构在重力和离心力的联合作用下的受力特性进行了分析。最后,本文分析了垂直轴风机结构整体在极端情况下的破坏形式。通过本课题的研究,本文得出了如下方面的结论:1)风轮结构的转动对风荷载的影响较大,对风荷载产生较大的扰动,从而改变风荷载对结构的作用模式,对结构的受力和形变产生较大影响;2)风轮结构在重力和离心力的作用下,动频受转速的影响较大,此外风轮结构的应力和位移随着风轮转速的增加有增大的趋势;3)风轮结构在某叶片脱落的极端情况下,受到的风荷载会发生突变,应力和位移会在风荷载的作用下有所增大,风轮结构有发生整体脱落破坏的风险。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 研究背景与现状
• 1.3 研究内容
• 第2章 稳态风作用下的结构载荷研究
• 2.1 引言
• 2.2 叶片在稳态风作用下受力分析
• 2.2.1 叶片受力理论分析
• 2.2.2 叶片受力算例分析
• 2.3 叶片受力特点与风轮转动的关系
• 2.3.1 叶片受力与风速的关系
• 2.3.2 风轮转速与力和扭矩的变化频率的关系
• 2.3.3 叶片数目对力和扭矩的变化频率的影响
• 2.3.4 风轮转速和叶片结构对激励频率的影响
• 2.4 风轮结构的静力学分析
• 2.4.1 风轮结构的有限元建模
• 2.4.2 风轮结构在重力和离心力作用下的力学分析
• 2.5 塔架结构静力学分析
• 2.5.1 塔架结构有限元建模
• 2.5.2 风荷载对塔架结构的作用
• 2.6 本章小结
• 第3章 动力特性分析和脉动风响应分析
• 3.1 引言
• 3.2 风轮结构CAMPBELL 图
• 3.3 塔架结构模态分析
• 3.3.1 风轮结构质量对塔架模态的影响
• 3.3.2 风轮结构刚度对塔架模态的影响
• 3.3.3 瞬态响应分析简介
• 3.3.4 稳态风作用下的塔架响应分析
• 3.3.5 数值模拟脉动风场方法简介
• 3.3.6 塔架结构整体脉动风响应分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 风轮结构的破坏分析
• 4.1 前言
• 4.2 风轮结构载荷突变分析
• 4.3 叶片脱落后的风轮结构响应分析
• 4.3.1 风轮结构在重力和离心力作用下的响应
• 4.3.2 风轮结构在重力和稳态风作用下的响应
• 4.4 塔架结构整体模态变化分析
• 4.5 风轮结构破坏后的结构脉动风响应
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢