风力发电机组塔架结构动力学分析Word文件下载.docx

风力发电机组塔架结构动力学分析Word文件下载.docx

《风力发电机组塔架结构动力学分析Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《风力发电机组塔架结构动力学分析Word文件下载.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

采用模态研究方式来创建转子轮毂与机组塔架的运动方程式。

此后，在轮毂与塔架变形一样的时候，采用耦合上述运动方程，创建转子/塔架系统的运动方程。

在创建此模型的时候，在一定程度上简化叶片与塔架模型，且寻找确定塔的等效刚度和等效半径的有效办法。

对沈阳工业大学的1MWSut-1000模型进行了分析和验证,得到了系统的固有频率。

结果表明，该装置的励磁频率与风力机的励磁频率不一致，响应曲线表明该装置运行平稳。

叶片、轮、舱室质量与塔架结构被当做是风力涡轮机原本就具备的频率影响关系。

为了验证j，SUT-1000模型分析的准确性，采用叶片风力机相关设计工具与ANSYS通用有限元研究软件开展统计。

不同方式统计结论大致类似。

利用上述研究。

风力发电机机的自主设计开发过程、风力机转子/塔架系统的稳定性分析、风力机整体性能的提高和整体高效设计具有关键的理论与实践价值。

关键词：

风力发电机组，共振，模态分析法，固有频率

Abstract

Windpowergeneratorsprimaryproblemofdynamicresearchingisthesystematicresonanceandstabilityforthe、Ⅳindturbine．Windpowergeneratorsalternateload．airdrivingforceinertialforceandelasticforceetc

thatbepressedonthebladeofwindturbine，callbdngoncouplingvibrationoftheelastic

bladeandtowerwhenthewindturbineworksintheconditionofnaturalwind．Ifthefrequencyofoutsideforceapproachesthesystematicnaturalfrequency，theresonancewillbehappenedandarousingintensedestroyingforwindturbine．Therefore，onlymakingthesystematicnaturalfrequencykeepawayfromthefrequencyofoutsideforcecanavoidresonance．Bylookingupalotofdata,thecoupledrotorbrandishingandtowerfrontandbackbendingsystemisanalyzed．Windpowergeneratorsazimuthangleisconsidered．Firstly,towerandrotorare

separated．Amotionequationissetupwhichcoulddescriberotorhubandnacelletowerwithmodeanalyticalmethod．Then，theconsistentconditionofhubandtowerisperformedtoestablishthecoupledrotor／towermotionequation．Windpowergeneratorsmethodsthatcanreasonablepredigestthebladeandtowermodelisdiscovered．Windpowergenerators1MWwindturbineofShenyangUniversityofTechnologySUT-1000isanalyzed

abovemodel．Thesystematicnaturalfrequencyandresponsecurveareobtained．Theresultsindicatethatthewindturbineworkissteadyandthesystematicnaturalfrequencyisnotcoincidedwiththerotorfrequency．Windpowergeneratorseffectrelationbetweeneachpartsweightandtowerstructureonwindturbinenaturalfrequencyiscaught．

Inordertoprovethemathematicalmodaliscorrect，thewindturbineSUT-1000isalsoanalyzedandcalculatedwitllBladedwindturbinespecialdesignsoftwarecombinedwithANSYSfiniteelementanalysissoftware．

Itisimportanttoanalyzethestabilityofcoupledrotor／towersysteminthecourseofwindturbineindependentdesignbytheaboveanalysis．Ithasimportanttheoryvalueandactualsignificanceforwindturbineinenhancingcapabilityandoptimaldesign．

KeyWordsWindTurbine，ModeAnalyticalMethod，NaturalFrequency，Resonance

1前言

伴随经济与科技的发展以及工业化水平的提高，工业4.0随之来临，能源与环境问题逐渐变成影响大众生存与发展的主要阻碍。

为了处理能源不足的问题，可再生能源的开发使用也开始得到不同国家的关注与认可。

风能是重要的、没有限额的无污染能源，也是目前具备发展潜力的能源。

此能源的发展不只能节约一般能源，此外也便于环保事业的发展。

风力发电是优化能源结构、避免环境问题的主要方式，因此具备较高的经济、社会与环境三方面效益。

我国是全球风能资源最充足的国家，其是重要的无污染能源，在国内能源总量内所占比值不断提高，对于风力发电机组性能优异的设计和开发，对国内经济发展产生相对积极的现实影响。

1.1风力发电机组发展现状和趋势

风力发电是目前我们使用的重要方式。

一直到2021年，全球各个地区创建在此类发电站装机容量为31.77万千瓦。

欧洲拥有最多的风能，其次是美国。

根据表1.1可知近期全球重要风力发电国家发电的现实状况。

目前，德国、美国、西班牙和印度是世界上影响最大、增长最快的国家。

当前，世界MW级机组比值显著提高。

在1997年，此比值低于10%，然而在2001年则超过50%，在2002达到了62.1%。

风力发电装机容量2003为1.2mW。

随着海上风电场的建设，2.5兆瓦机组正在运行，从3兆瓦到5兆瓦的巨型机组。

2002年安装的最大原型是enercon，德国的e112装置，直径12米。

额定功率4.5兆瓦。

其次是ge3.6机组，ge公司的美国风力机直径为100m，额定功率为3.6mwl4。

51.欧洲国家已经发展了兆瓦级的机组单机容量，有关科技也较为完善。

伴随设计观念更加成熟以及现实经验的积累，商业化水平也得到明显的提升。

当前在世界风电产业内占据重要位置。

表1．12021年底世界主要国家风电装机容量

从上表中可以看出，中国在世界上还有很长的路要走，即使是在和印度一样的发展中国家，由于我国商业大型风电产业起步较晚，还存在较大差距，如欧洲和美国，与发达国家。

“95”时期，叙述借鉴生产科技的方式，利用学习与国产化，顺利设计出600kw失速型风力机。

“十五”时期，我国863规划开始设计容量较大的兆瓦级风电机组。

但是，即便我国经济发展水平不断提高，但是我国和其余风电国家也存在不小的差距，现实问题是设计能力不高。

1．2风力发电机组的动态特性

风力机是刚性与柔性相融合的多体系统。

重点弹性振动器是叶片与塔。

机舱稳定，通常与质量惯性振动相关。

参考图1.1可知，属于叶片与塔架振动，前者是风力涡轮机中最复杂的部分，具有长生成、短字符串和良好的灵活性，它是易受振动波及的细长弹性体，风力涡轮机的内部机械振动最先出现在叶片。

另外，其是比较明显的气动元件。

在旋转时期，叶片不只可以承担环境气体阻力的影响，此外也会出现升力，促使其变成机械振动与气动力的气动弹性零件。

振动、摆动以及扭转是其振动的主要类型。

挥动表示叶片在垂直在旋转平面方向上的弯曲振动。

前轮摆振是叶片基于自身在旋转平面内的可变轴线的扭转振动以及指状物伴随可变轴线的扭转振动。

上述机械振动与气动围绕产生气动弹性现象。

假如彼此影响弱化，运动相对平稳，不然会出现颤振以及发散。

上述不平稳的伤害性运动相对明显，在此类设计时期需要重点分析与思考。

图1.1叶片和塔架的振动情况

风力机塔架是重要的细长形结构，装置在塔底顶部，风轮周期性转动，质量高，对风轮固有振动特点产生积极作用。

风力机塔架不只在风轮旋转阶段周期性的受到影响，此外和随机风荷载也有一定的关系。

因为上述部分彼此影响，塔架会出现振动，通常包含三类振动，也就是横向弯曲、弯曲与扭转三类振动。

上述振动不只会导致塔架的附加应力，此外也作用于结构强度，作用于顶部风轮变形以及振动情况。

在风机运行的自然风况下，由于空气动力风力机叶片的作用、惯性力和交变载荷的弹力，身体会出现弹性振动叶片以及塔架耦合振动，其中风力发电机叶片摆动振动和塔架侧弯耦合振动、前后弯耦合振动波风力机叶片和塔架两种形式。

在叶片旋转频率靠近联轴器原本频率时，出现共振问题，出现很高的动应力，造成结构疲劳损坏，减少设备的使用时间，不利于风力机的功能与平稳性。

1．3国内外风力发电机组动力学研究现状

风力机的动力学领域是包含结构、空气、系统等众多动力学知识的复杂领域。

结构动力特性研究重点探索工程机械的固有频率与振型，研究结构在外荷载功能下的动力特点。

1．3．1国外风力发电机组动力学研究现状

风力涡轮机在开放的大气中运行，具有随机和风切变效应。

为了获得更好的气动特性，叶片形状不对称，并固定在高度柔性的塔架上。

所以，其内部结构动力研究和普通工程机械相对更加复杂。

因此，国外许多研究机构对大型风力机进行了结构动力分析，包括柔性叶片和柔性塔架，主要分为两种试验方法和计算方法。

主要方式是把激励信号增加到叶片与塔架上。

利用测试输入与输出响应信号，使用参数辨别方式对风力机结构参数的动态特点开展研究。

其是对相应风力涡轮机的重要分析，最终结果相对稳定且高效，也是我们经常使用的研究方式。

答案是，对于规模庞大的风力涡轮机容量提高，叶片与塔架一般是几十米或乃至更多，在上述