水平軸風(fēng)電機(jī)組葉片載荷分析及結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析

【摘要】：葉片作為風(fēng)電機(jī)組的核心部件之一,承受外部環(huán)境的復(fù)雜載荷。隨著風(fēng)電機(jī)組的大型化發(fā)展,葉片的重量和尺寸也將會(huì)增加。因此葉片的載荷和結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性問(wèn)題十分重要,不僅制約著風(fēng)電機(jī)組的發(fā)展,而且影響著風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定性和使用壽命。 研究分析了葉片設(shè)計(jì)的基本模型,研究了葉片設(shè)計(jì)的方法和基本步驟,采用目前最成熟的Wilson設(shè)計(jì)模型,并選取技術(shù)比較成熟的1.5MW風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行了葉片的自主設(shè)計(jì),包括葉片長(zhǎng)度的選取、翼型的選擇、葉片各截面翼型弦長(zhǎng)和安裝角的確定以及沿葉展翼型的合理布置。其中翼型選擇的是NACA系列的十個(gè)翼型。 根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC61400-1,研究分析了葉片的三類載荷類型和兩類八種設(shè)計(jì)載荷工況,通過(guò)Bladed模擬10分鐘的正常風(fēng)況和極端風(fēng)況,計(jì)算極限載荷工況和疲勞載荷工況,并與現(xiàn)有1.5MW葉片的實(shí)際功率和風(fēng)能利用系數(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析,為后續(xù)的研究和后人的工作提供數(shù)據(jù)和參考。 研究分析了葉片的實(shí)體建模方法。根據(jù)翼型數(shù)據(jù)以及葉片的幾何參數(shù),使用Excel進(jìn)二維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成三維坐標(biāo),然后編輯一個(gè)ibl文件,最后根據(jù)輪廓線建立葉片的模型。 研究分析葉片的有限元分析方法,并得出葉片的動(dòng)力特性。包括導(dǎo)入葉片的幾何模型、建立合理的有限元網(wǎng)格模型、施加載荷和邊界條件。通過(guò)有限元分析得到葉片的前四階固有頻率和振型,為今后的設(shè)計(jì)研究提供參考。 【關(guān)鍵詞】：風(fēng)電機(jī)組 葉片 載衙 有限元分析
【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】：2012
【分類號(hào)】：TK83
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 風(fēng)力發(fā)電9-12
• 1.1.1 國(guó)外風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀9-11
• 1.1.2 國(guó)內(nèi)風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 風(fēng)電機(jī)組葉片載荷分析的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 風(fēng)電機(jī)組葉片結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 研究意義14-15
• 1.4 工作內(nèi)容15-16
• 第2章 風(fēng)電機(jī)組葉片氣動(dòng)設(shè)計(jì)16-31
• 2.1 風(fēng)電機(jī)組葉片設(shè)計(jì)基本模型16-24
• 2.1.1 簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)模型16
• 2.1.2 Schmitz設(shè)計(jì)模型16-17
• 2.1.3 Glauert設(shè)計(jì)模型17-22
• 2.1.4 Wilson設(shè)計(jì)模型22-23
• 2.1.5 幾種模型的比較分析23-24
• 2.2 葉片氣動(dòng)設(shè)計(jì)24-25
• 2.2.1 設(shè)計(jì)風(fēng)速24
• 2.2.2 風(fēng)輪直徑24-25
• 2.3 葉片重要參數(shù)選取25-28
• 2.3.1 尖速比λ_0和額定轉(zhuǎn)速25-26
• 2.3.2 葉片數(shù)B26
• 2.3.3 翼型和升阻比26-28
• 2.4 葉片展向形狀設(shè)計(jì)28-29
• 2.4.1 葉片展向翼型布置28
• 2.4.2 葉片展向翼型幾何參數(shù)確定28-29
• 2.5 本章小節(jié)29-31
• 第3章 風(fēng)電機(jī)組葉片的載荷分析31-63
• 3.1 坐標(biāo)系的說(shuō)明31-32
• 3.1.1 葉片坐標(biāo)系31
• 3.1.2 風(fēng)輪坐標(biāo)系31-32
• 3.2 葉片的載荷類型32-35
• 3.2.1 空氣動(dòng)力載荷32-33
• 3.2.2 重力載荷33-34
• 3.2.3 慣性力載荷34-35
• 3.3 葉片的設(shè)計(jì)載荷工況35-41
• 3.3.1 IEC設(shè)計(jì)風(fēng)況36-39
• 3.3.2 IEC設(shè)計(jì)工況39-41
• 3.4 葉片的載荷計(jì)算41-56
• 3.4.1 極限載荷工況42-44
• 3.4.2 疲勞載荷工況44-46
• 3.4.3 極限載荷計(jì)算結(jié)果46-51
• 3.4.4 疲勞載荷計(jì)算結(jié)果51-56
• 3.5 計(jì)算結(jié)果分析與討論56-62
• 3.6 本章小節(jié)62-63
• 第4章 風(fēng)電機(jī)組葉片的結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析63-70
• 4.1 有限元法的基本理論63-64
• 4.1.1 有限元法的基本思想63
• 4.1.2 具體分析步驟63-64
• 4.2 葉片的實(shí)體模型64-66
• 4.2.1 葉片空間坐標(biāo)求解64-65
• 4.2.2 葉片實(shí)體造型65-66
• 4.3 葉片的有限元分析66-68
• 4.3.1 建立有限元網(wǎng)格模型66-68
• 4.3.2 設(shè)置材料屬性68
• 4.3.3 邊界條件施加68
• 4.4 計(jì)算分析結(jié)果68-69
• 4.5 本章小節(jié)69-70
• 第5章 結(jié)論與展望70-72
• 5.1 全文總結(jié)70
• 5.2 研究展望70-72
• 參考文獻(xiàn)72-75
• 在校期間發(fā)表論文和參加科研情況75-76
• 致謝76

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