直立式风力发电机的叶片结构设计+CAD图纸(3)
时间:2017-03-27 20:12 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
通过屈曲分析，得到每一剖面的临界压应力。初步设计计算可满足工程要求，但优化设计采应用有限元方法。 3.3 动态特性分析 叶片的动态特性包括频率、响应、振颤。由于风荷载具有交变性及随机性，在静态分析的基础上再考虑一个动态因子比较粗糙。较精确的方法是采用动力响应方法，但受计算模型、叶片动态参数等影响，计算结果误差也不会小。叶片颤振的发生是由于弯扭振动中某些参数耦合影响所导致的。国外资料认为，对于采用柔性叶片性塔架方案的风力机存在的颤振可能性，但对于刚性较好的叶片，发生颤振的可能性不大。因此从工程设计考虑，叶片动态分析最重要的是频率计算。调整叶片固有频率，以避开叶片的共振区，从而降低叶片的动应力。叶片各剖面扭角不同，故主惯性轴是不平行的，这就会产生X和Y方向的弯曲耦合振动。叶片旋转时还会产生离心力，离心力会使各剖面受到轴向拉力，相当于增加了叶片的弯曲刚度，使叶片的弯曲频率增加。一般离心力对叶片的一阶频率影响较大，而对二阶以上的频率影响不大。这里给出较简单的双弯曲耦合振动方程。经过一系列计算表明，一阶振动方向频率与实验结果很接近，误差不超过10%，能满足设计要求。叶片的双弯曲耦合振动方程： [15] （3） 以上方程可采用数值方法求解。方程Ix、Iy、Ixy为惯性矩和惯性积，u、v为x、y方向的位移，m为单位长度的质量，ω为叶片固有频率。作用在叶片上的激振力的频率为叶片转速的整数倍，此外气动激振力频率与叶片数也有关。通常认为3叶片的风力机，气动激振力以3倍转速频率（简称3P）的谐波分量为最大。因此叶片的固有频率接近转速频率某一整数倍的一定范围，就会产生较大的动应力，使叶片具有共振的性质。为避免共振，叶片的固有频率需离开共振频率一定距离，这个距离通常用百分比表示，称为叶片的共振安全频率。风力机转速有一定的波动，故要求风力机叶片固有频率避开共振频率应更大些。为制定风力机叶片动态标准，应展开叶片动应力测试和频谱分析，以了解动载荷的各谐波情况，为制定标准提供依据。【15】 4 设计方法与实施方案 4.1垂直轴风力发电机的结构设计【9】 垂直风力发电机因起动风速低，风能利用率高、无噪声、无需对风向、安全性高等诸多优点，与水平轴风力发电机相比，更具有广阔的市场应用前景。通过对H型垂直风力发电机的主要结构特点及其设计方法的介绍，并经过计算机仿真对 其结构的设计方案优化，最终在工业设计中得到推广与应用。 4.2风力发电机的性能计算 里厄型立轴风轮机采用叶素片条理论和动量理论的理论计算方法。用该方法对垂直轴风力机气动性能计算结果与风洞实验结果基本吻合。 4.3垂直轴风力发电机组应力与效率分析【11】 根据实地实验数据，分析应力和风机的效率，完善系统的参数、提高风力发电机组对风能充分利用的方案。 4.4桨叶轴承载荷分析模型的研究【12】 在考虑攻角、桨距角、偏航运动、重力和惯性力等因素的情况下，基于静力学分析方法，建立了桨叶轴承系统载荷分析数学模型。通过数值计算，研究桨叶轴承在攻角、桨距角、偏航角速度及不同风速工况下所承受的载荷。 5 叶片截面设计方法 5.1各种设计模型 (责任编辑：qin) |