风力机叶轮—塔架结构在风荷载作用下的稳定性分析

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近年来绿色的可再生能源的开发和利用越发受到重视,而风能是其中最经济的绿色能源。在风力发电技术中,风力发电机组的稳定性已经成为其主要发展方向。风力机主要布置在低震区的开阔地,这些地区的阵风水平比较高,因此,相比之下,作用在风力发电机结构上的风荷载更易于引起人们的关注;因而对风力发电机的抗风研究就具有极为重要的意义。通过对结构体的抗风性能研究以避免在强风作用下叶片的断裂或塔架的倾倒。在传统研究中大多忽略了极限风荷载对结构的影响,然而实际上,考虑不同风况对风力机结构的影响是十分必要的。风力发电机结构的动力特性分析是其稳定性分析的基础。本文以1500KW风力发电机组为例,分别建立了叶片和机舱以及叶片—塔架的有限元模型。然后运用ADINA软件分别对其进行了稳定性分析、模态分析和动力分析,计算出风力机结构在各种荷载作用下的应力、应变及位移等状况,对其动力特性进行总结。通过以上研究工作,可以得出以下结论:(1)本文以金风70/1500型号风力发电机组为研究对象,利用SolidWorks软件做出风力发电机组的计算模型,然后导入ADNIA中做网格划分及后处理工作。(2)通过对风力发电机整机以及叶轮的模态分析,对比叶片频率和塔架频率判断结构能否产生共振,验证风轮以及塔架满足结构动力学设计要求。(3)在极限风速工况下,根据叶片和塔架的应力情况来校验风力发电机组的强度、刚度是否在许用范围之内。计算结构的最大位移值及出现位置,得到塔架稳定性的控制指标。(4)在三种风速(3m/s、11m/s、25m/s)工况下对叶片进行动力分析,分析叶片的较大应力区域。求得不同风速下叶片的最大应力值变化、压力区域的变化等因素并计算叶片的在各个风速工况下的位移及叶片的易损处。
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