水平軸風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪性能分析與載荷計(jì)算研究

【摘要】：隨著風(fēng)電機(jī)組的大型化,葉片的長(zhǎng)度不斷加長(zhǎng),輪轂的直徑不斷變大。風(fēng)輪作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心部件之一,其性能分析和載荷計(jì)算是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)的非常關(guān)鍵工作。建立適用于風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪氣動(dòng)性能分析的計(jì)算模型和程序設(shè)計(jì),對(duì)于設(shè)計(jì)和制造性能優(yōu)異的風(fēng)輪有非常重要的意義；同時(shí)準(zhǔn)確的載荷計(jì)算結(jié)果,可以用于指導(dǎo)風(fēng)輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和評(píng)估校核,保證機(jī)組的安全可靠。 結(jié)合MATLAB/GUI軟件設(shè)計(jì),基于葉素動(dòng)量理論及其修正,開發(fā)設(shè)計(jì)了用于風(fēng)輪氣動(dòng)性能分析的計(jì)算程序,以2000kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪為計(jì)算實(shí)例,其結(jié)果與國(guó)際著名風(fēng)電設(shè)計(jì)軟件GH Bladed的計(jì)算結(jié)果較吻合,進(jìn)一步驗(yàn)證了所采用的綜合考慮葉尖輪轂損失修正、攻角修正、推力系數(shù)修正和風(fēng)剪切修正的計(jì)算模型和程序的正確性。 研究了風(fēng)輪的載荷計(jì)算分析方法,根據(jù)IEC61400-1的載荷設(shè)計(jì)工況,采用GH Bladed軟件,對(duì)2000kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪進(jìn)行了極限載荷和疲勞載荷計(jì)算仿真,得出葉片根部和輪轂的連接處是風(fēng)輪最可能發(fā)生破壞的位置。載荷計(jì)算結(jié)果為后續(xù)的有限元分析提供載荷數(shù)據(jù)和參考。 依據(jù)載荷計(jì)算結(jié)果,對(duì)風(fēng)輪的關(guān)鍵零部件輪轂進(jìn)行性能分析。通過(guò)建立風(fēng)輪輪轂的實(shí)體模型,使用有限元軟件計(jì)算風(fēng)輪輪轂在極限工況下的最大應(yīng)力和應(yīng)變分布,分析輪轂的極限強(qiáng)度性能；基于Miner法則和雨流計(jì)數(shù)法計(jì)算出輪轂在20年正常安全運(yùn)行壽命內(nèi)循環(huán)1×107次發(fā)生破壞的等效疲勞應(yīng)力,結(jié)合輪轂材料修正合成S-N曲線,分析輪轂的疲勞強(qiáng)度性能。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪性能計(jì)算分析程序設(shè)計(jì)和通過(guò)結(jié)合載荷計(jì)算結(jié)果對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行強(qiáng)度性能分析的方法,對(duì)指導(dǎo)風(fēng)輪的設(shè)計(jì)和分析具有理論和實(shí)際工程意義。 【關(guān)鍵詞】：風(fēng)輪 性能分析 載荷計(jì)算 極限強(qiáng)度 疲勞強(qiáng)度
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM315
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目錄7-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 課題研究背景9-12
• 1.2 研究意義和目的12-13
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.4 論文主要工作安排15-17
• 第2章 風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)理論17-27
• 2.1 引言17
• 2.2 風(fēng)輪性能系數(shù)17-18
• 2.3 貝次理論18-21
• 2.4 風(fēng)輪尾流旋轉(zhuǎn)的動(dòng)量理論21-23
• 2.5 葉素-動(dòng)量理論23-26
• 2.6 本章小結(jié)26-27
• 第3章 基于MATLAB/GUI的風(fēng)輪氣動(dòng)性能分析程序設(shè)計(jì)27-36
• 3.1 引言27
• 3.2 MATLAB/GUI軟件介紹27-29
• 3.3 基于MATLAB/GUI的風(fēng)輪氣動(dòng)性能計(jì)算軟件設(shè)計(jì)29-33
• 3.3.1 計(jì)算軟件界面設(shè)計(jì)29-31
• 3.3.2 計(jì)算軟件模型31-32
• 3.3.3 軟件計(jì)算流程32-33
• 3.4 風(fēng)輪氣動(dòng)性能算例分析33-35
• 3.5 本章小結(jié)35-36
• 第4章 風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪載荷計(jì)算分析36-56
• 4.1 引言36
• 4.2 載荷計(jì)算坐標(biāo)系36-37
• 4.3 水平軸風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪載荷計(jì)算37-39
• 4.4 風(fēng)輪極限載荷計(jì)算分析39-45
• 4.4.1 極限載荷工況39-40
• 4.4.2 極限載荷計(jì)算分析40-43
• 4.4.3 極限載荷計(jì)算結(jié)果43-45
• 4.5 風(fēng)輪疲勞載荷計(jì)算分析45-54
• 4.5.1 雨流計(jì)數(shù)與等效載荷45-47
• 4.5.2 疲勞載荷工況與頻次47-50
• 4.5.3 疲勞載荷計(jì)算結(jié)果50-54
• 4.6 本章小結(jié)54-56
• 第5章 風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪輪轂性能分析56-67
• 5.1 引言56
• 5.2 輪轂的性能分析方法56
• 5.3 輪轂的有限元模型建立56-59
• 5.4 輪轂的極限強(qiáng)度分析59-61
• 5.5 輪轂的疲勞強(qiáng)度分析61-66
• 5.5.1 輪轂S-N曲線修正與合成62-64
• 5.5.2 輪轂等效疲勞載荷分析64-66
• 5.6 本章小結(jié)66-67
• 第6章 結(jié)論與展望67-69
• 6.1 結(jié)論67-68
• 6.2 研究展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果73-74
• 致謝74

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