水平轴风力发电机叶片的顺风向风致振动问题研究

来源 :北京大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhang19890922
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近些年来,风力发电行业在我国以迅猛的速度发展,装机容量呈逐年翻番的趋势,国内的生产企业也日益做人做强。相关研究也在工业需求的带动下,逐步接近世界先进水平。本文的研究目的是形成叶片风致振动工程分析的方案。   叶片的风致振动是风力发电机叶片的一个基础性的问题,涉及到叶片的运行安全和寿命。对于这一问题,国内目前还没有成熟的解决方案。本文借鉴高层建筑风致振动的时域方法和频域方法来处理风力发电机叶片的风致随机振动问题,并且对这两种不同思路的方法进行对比。   风致振动研究的首要问题是风的样本选取。由于风力机的沿高度方向的尺度较大,本文的风模型采用了考虑湍流尺度随高度变化的脉动风功率谱。根据稳态多点随机振动的理论,脉动风功率谱所对应的时程样本可以通过多种方法得到。本文中采用了谐波叠加的方法,即Shinozuka方法,从脉动风功率谱得到一组脉动风的时程样本。另一方面,风力机的叶片被简化为变截面梁来考虑。将选定的脉动风功率谱以及相应的里程样本作用在叶片上,我们运用频域和时域两套方法对叶片进行了计算和分析,得到叶片的顺风向振动的平均位移和极限位移结果。   最后,将本文提出的方案回归到工程应用中,分析了暴风停机状态下的叶片极限位移最不利情况,并对叶片与塔架顺风向振动相互影响的条件下安全的悬挂距离与风轮仰角进行了讨论。结果表明,本文提出的方案对叶片风致振动的极限位移估算是可行的,经过考核与验证后有可能用于工程计算。整个计算过程通过有限元软件Ansys和数学计算软件Matlab联合完成,发挥各自的特点,并且相互衔接简单,计算效率高。
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