大型水平轴风力机耦合动力学系统气弹响应和稳定性分析

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风力发电机耦合振动分析

( 2) ( 3)
式中 , B 为桨叶数量 , c为截面弦长 , F 为叶尖和轮毂损失 , H 为诱导修正因子 , r为叶素半径 , < 为叶素来
动比 ; Tm :高速轴上的扭矩 ; λ:尖速比 ;ρ :空气密度 ; R: 风轮半径 ; U ∞ :上风向风速 ; 高速端传动模型为 : ωg d ( 12 ) Jg = Tm - Te dt 2 其中 : J g : 电机转动惯量 , kgm ,ωg : 电机转动角速度 , rad / s; Tm 高速轴上的扭矩 , Te 发电机上的反扭矩。失速控制风力发电机组采用的电机主要是定速感应电机 , 其特性由斜率 h 和短路瞬态时间常数 τ 。电机
流角 , ve - op ve - ip为叶素上面内和面外的变形速度 , Ω 为风轮转速、 U ∞为来流风速 , C l 、CD 为升阻力系数 , 为 L 和 D 的无因次化量。进行计算时 , 对给定 a 和 a ′ 初始值进行迭代计算 , r, c, B , U ∞ , Ω 为已知 , ve - op ve - ip的结果从结构动力学分析计算而来 , 计算出对应的 Cx , Cy , H, F, < , W , 生成新的 a, a ′ , 当迭代误差达到要求 , 即计算出 a, a ′ 。 a, a ′ 确定后 , Cx , Cy , H, F, < , W 也相应确定 , 根据叶素理论 , 叶素上法向力和切向力分别为 : 2 ρ ( 4) dL = 1 / 2 W cCL (α) d r 2 ρ ( 5) dD = 1 / 2 W cCD (α) d r 式中 ,ρ 为空气密度 , W 为相对速度。叶素上的推力和转矩分别为 : 1 2 ( 6) dF = ρ W c ( CL cos< + CD sin < ) d r 2 1 2 ( 7) dT = ρ W c ( CL sin < - CD cos< ) d r 2 因此 , 对于第 i个半径为 R 的风轮叶片 , 推力 F、转矩 T 和产生的功率 P 分别为 :

水平轴风力机结构动力学分析

中国工程热物理学会流体机械学术会议论文编号：087082水平轴风力机结构动力学分析康顺1，尹景勋1,冯涛21.（华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室，北京，102206）2.（尤迈克（北京）流体工程技术有限公司，北京，100081）联系电话：010-********E-mail：***************.cn摘要：本文以水平轴风力机为对象，采用简化的多个自由度数学模型和模态分析方法，利用拉格朗日方程建立振动微分方程，编制仿真程序。

对风力机Turbowinds T600-48的固有频率和动态响应特性进行计算，并与实验结果对比分析，初步结果表明该程序的有效性。

关键词：风力机，模态分析，固有频率，动态响应0 引言当风力发电机组在自然风条件下运行时，由于作用在风力发电机组叶片上的空气动力、惯性力和弹性力等交变载荷，会使弹性振动体叶片和塔架产生耦合振动，当叶片的旋转频率接近耦合的固有频率时就会出现共振现象，产生较大的动应力，导致结构的疲劳破坏，缩短整机的使用寿命，直接影响风力发电机组的性能和稳定性。

可见，研究风力机整机结构在多种载荷作用下的动力学响应是风力机设计过程中需要解决的关键问题之一[1]。

对风力机结构动力学的研究，主要有弹性铰法和模态法两种[2]。

弹性铰法是把整个叶片的弹性集中到叶片根部，叶身作为一个刚体考虑；模态分析法是近年来进行结构动力学分析的有效方法，分为实验模态分析和计算模态分析。

实验模态分析方法是通过对输入和响应信号的参数识别获得模态参数的实验方法；计算模态分析主要方法是将耦合的运动方程组解耦成为相互独立的方程，其方程求解方法是有限元分析或者通过降阶进行数值积分求解[3]。

本文采用模态分析方法，把两或三叶片的水平轴风力机组简化为多个自由度系统的数学模型，在此基础上利用拉格朗日方程建立风轮、机舱和塔架耦合系统的运动方程并编制仿真程序，对水平轴风力机Turbowinds T600-48进行仿真计算，并与实验结果进行比较，初步确认了仿真程序的正确性。

考虑土—结构相互作用的大型风力发电结构风—震耦合作用下动力响应分析

考虑土—结构相互作用的大型风力发电结构风—震耦合作用下动力响应分析考虑土—结构相互作用的大型风力发电结构风—震耦合作用下动力响应分析随着全球对可再生能源的需求不断增长，风力发电作为一种环保、可持续的能源形式得到了广泛应用。

大型风力发电结构在风—震耦合作用下的动力响应分析具有重要的工程意义。

针对该问题，本文旨在探索大型风力发电结构在风—震耦合作用下的动力响应，并考虑土—结构相互作用的影响。

首先，本文将介绍大型风力发电结构的基本构造和工作原理。

大型风力发电结构由塔筒、机舱、叶片和基础组成，其中叶片通过转动驱动发电机发电。

风力发电结构的基础在土壤中承受着巨大的力学荷载，因此考虑土—结构相互作用对风力发电结构的动力响应分析具有重要意义。

接下来，本文将详细介绍大型风力发电结构的风—震耦合作用。

风力作为外界激励力引起结构的震荡，而地震则是地面运动引起的振动。

当风和地震共同作用时，风力发电结构的动力响应将受到双重激励影响。

风—震耦合作用是一个复杂的过程，需要考虑风力和地震的频率、振幅、相位和方向等因素。

然后，本文将分析大型风力发电结构在风—震耦合作用下的动力响应。

首先，通过建立结构的数学模型，采用有限元方法进行计算，获得结构受力、位移和振动特性等参数。

其次，通过数值模拟和实验验证，研究风力和地震双重激励对结构的影响。

最后，对不同风速、地震强度和土壤条件下的结构响应进行综合分析和比较。

最后，本文将讨论土—结构相互作用对大型风力发电结构的影响。

土—结构相互作用是指结构与土壤之间的相互作用，包括土壤的刚度、阻尼和耗散能力等因素。

通过考虑土—结构相互作用，可以更准确地预测结构的动力响应，提高结构的抗风、抗震能力。

综上所述，本文通过考虑土—结构相互作用的影响，探索大型风力发电结构在风—震耦合作用下的动力响应分析。

这对于优化风力发电结构设计、提高结构的抗风、抗震能力具有重要的工程应用价值综合上述分析，风-震耦合作用对大型风力发电结构的动力响应具有重要影响。

风力发电机组系统建模与仿真研究

风力发电机组系统建模与仿真研究一、概述随着全球能源危机和环境问题的日益严重，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛关注。

风力发电机组作为风力发电的核心设备，其性能优化和系统稳定性对于提高风电场的整体效率和经济效益具有重要意义。

对风力发电机组系统进行建模与仿真研究，不仅可以深入了解风力发电机组的运行特性和动态行为，还可以为风力发电系统的优化设计、故障诊断和性能提升提供理论支持和技术指导。

风力发电机组系统建模与仿真研究涉及多个学科领域，包括机械工程、电力电子、自动控制、计算机科学等。

建模过程需要考虑风力发电机组的机械结构、电气控制、风能转换等多个方面，以及风力发电机组与电网的相互作用。

仿真研究则通过构建数学模型和计算机仿真平台，模拟风力发电机组的实际运行过程，分析不同条件下的性能表现和动态特性。

近年来，随着计算机技术和仿真软件的不断发展，风力发电机组系统建模与仿真研究取得了显著进展。

各种先进的建模方法和仿真工具被应用于风力发电机组系统的研究中，为风力发电技术的发展提供了有力支持。

由于风力发电的复杂性和不确定性，风力发电机组系统建模与仿真研究仍面临诸多挑战，需要不断探索和创新。

本文旨在对风力发电机组系统建模与仿真研究进行全面的综述和分析。

介绍风力发电机组的基本结构和工作原理，阐述建模与仿真的基本原理和方法。

重点分析风力发电机组系统建模与仿真研究的关键技术和挑战，包括建模精度、仿真效率、风能转换效率优化等方面。

展望风力发电机组系统建模与仿真研究的发展趋势和未来研究方向，为风力发电技术的持续发展和创新提供参考和借鉴。

1. 风力发电的背景和意义随着全球能源需求的不断增长，传统能源如煤炭、石油等化石燃料的消耗日益加剧，同时带来的环境污染和气候变化问题也日益严重。

寻找清洁、可再生的能源已成为全球关注的焦点。

风能作为一种清洁、无污染、可再生的能源，正受到越来越多的关注和利用。

风力发电技术作为风能利用的主要方式之一，具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。

基于ANSYS风力机叶片的设定方法

摘要介绍近年来将有限元软件ＡＮＳＹＳ应用于风力机叶片设计和分析的发展概况．并详细阐述使用ＡＮＳＹＳ实现叶片从实体建模、材料参数定义、网格划分到性能计算的设定方法．为更好的进行风力机叶片结构设计、强度分析奠定基础。

关键词风力机叶片ＡＮＳＹＳ软件分析中图分类号：ＴＫ８３１．３文献标识码：Ａ文章编号：１６７２—９０６４（２００９）０２－０１０２－０３随着大型有限元通用程序的推广和普及以及计算机硬件技术的飞速发展，有些高校、企业和科研单位开始将有限元分析技术用于风力机叶片分析设计研究之中，但还不是很普及。

ＡＮＳＹＳ软件是市场占有率最高的有限元软件之一。

它是集结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件｛”。

风力机在风能利用中占有最主要的地位．而叶片则是风力机中核心的部件。

大型水平轴风力发电机组终年运行在复杂的自然环境中，所受载荷情况非常复杂．主要包括空气动力载荷、重力载荷和惯性载荷。

在风力发电机组的研究设计中，为了对其零部件进行强度分析、结构力学分析以及寿命计算，确保风力机在其设计寿命内能够正常运行。

必须对风力机及其零部件进行静、动态分析。

为风力机叶片结构改进和优化设计提供可靠的依据。

本文就近年来研究人员利用有限元法对叶片进行分析设计进行了总结，介绍了ＡＮＳＹＳ在叶片分析设计中的几种强大功能，应用这些功能可帮助研究人员进一步缩短研发时间，提高工作效率，降低研发成本。

ｌ叶片的实体建模一般构造叶片实体模型的方法有２种：①在ＡＮＳＹＳ有限元程序中直接创建实体模型。

可以采用自底向上自顶向下或者混合的建模方法；（函引入实体模型是将ＣＡＤ／ＣＡＭ软件中Ｐｒｏ，Ｅ、ＵＧ等创建好的实体模型通过数据接口转换过滤器引入到有限元分析程序中去进行分析的一种方式。

由于风力机叶片外形和截面形状复杂，在翼展方向还存在扭转角和渐缩的弦长．使得对叶片的实体建模存在较大的困难。

一般采用国际流行三维建模软件Ｐｒ０／Ｅ对叶片进行实体建模１２ｌ。

基于气弹耦合特征的风力机叶片优化设计

设计与制造
２０１３年第６期（第２６卷，总第１２８期）・机械研究与应用・
基于气弹耦合特征的风力机叶片优化设计
王旭东，王立存，夏洪均
（重庆工商大学机械工程学院，重庆４０００６７）
摘
要：为提高风力机叶片气动结构性能，基于风力机风轮空气动力学及叶片结构动力学原理，选取叶片所处位置及
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｂａｌｄｅｓ，ｔｈｅｌｆａｐｗｉｓｅａｎｄｅｄｇｅｗｉｓｅｖｉ — ｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｏｆｂｌａｄｅｓｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｂａｓｅｄｏｎａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃａｎｄｄｙｎａｍｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｍｏｄｅｌｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｒｏｔｏｒ．Ｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇａｅｒｏｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｅｌｉｎｃｌｕｄｉｎｇｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｃｈｏｏｓｉｎｇｔｈｅｂａｓｉｃｄｅｇｒｅｅｓｏｆｆｒｅｅｄｏｍｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄ — ｉｎｇｔｏｅｌａｓｔｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｍｏｄｅ１．Ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅｓｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒａｎｄｃｏｎ— ｐｏｎｅｎｔｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｒｏｔｏｒ．Ｗｉｔｈｔｈｅｍｏｄｅｌｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｏｎｅ５ＭＷｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｒｏｔｏｒｉｓａｐｐｌｉｅｄａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．ｈｅＴｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒｓ，ａｘｉａｌａｎｄｔａｎｇｅｎｔｉａｌｆｏｒｃｅｓｆｏｏｒｉｇｉｎａｌａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｄｂｌａｄｅｓａｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄｃｏｍｐｒｅａｄｔｏｖａｌｉｄａｔｅｔｈｅｒｅｌｉ — ａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅｓ；ａｅｒｏｅｌａｓｔｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ

风力机叶片模态分析及稳定性分析

风力机叶片模态分析及稳定性分析来源：中国玻璃钢综合信息网近年来,“能源危机”越来越引起人们的重视,能源短缺使得可再生能源得到空前发展。

风能作为取之不尽用之不竭的可再生能源在近几年得到了迅速发展,世界上不少国家都把开发利用风能作为一项能源政策。

风机叶片是风力机的关键部件之一,目前大型风机叶片的材料主要是轻质高强、耐腐蚀性好、具有可设计性的复合材料,由于叶片采用复合材料铺层设计，结构异常复杂,单纯的经典理论解析计算已难以精确计算出叶片的强度和刚度,为此需要进行有限元的仿真模拟。

本文采用ANSYS的参数化语言APDL直接建模,然后赋材料属性、划分网格,进行叶片模态分析,较好地模拟了叶片的真实结构,计算了叶片在自由状态下的固有频率和在20RPM下的预应力频率。

最后加载极限载荷校核了叶片各截面稳定性。

1叶片模型的建立1.1建立几何模型叶片截面的翼型数据通过CA TIA导出,结合弦长和扭转角计算出实际叶片截面的坐标。

在AN-SYS的程序中形成如下格式:k,,838.309405,-83.92648,0k,,771.63901,-338.19972,0根据1MW叶片翼型的特点,将叶片分为45个截面,每个截面上有86个关键点。

通过Bspline命令将每个翼型上的关键点连成18条曲线,然后将叶片翼型上的曲线通过纵向直线连接。

最后通过Askin命令建立曲面,每两个翼型截面之间就有18个曲面,建完所有曲面就生成了叶片蒙皮的几何模型。

如图1(a)所示,再布置上主梁、腹板,形成整体叶片的几何模型。

1.2建立有限元模型在单元类型的选择上,根据叶片特点,主要采用shell91和shell99单元,其中shell91单元用于模拟夹芯结构。

在定义材料性能参数时,主要采用定义实常数的方式来模拟材料的性能、铺层角和铺层厚度。

之后选择合适的单元尺寸进行网格划分,最终形成叶片的有限元模型。

该模型共有21295个节点,共划分了7414个高精度的壳单元。

风力发电机组塔架结构动力学分析

摘要风力发电总装机的动力学解析一般是基于具体共振以及平稳性而开展。

当风力涡轮机在自然风环境中运作时，由于此设备叶片上的空气动力、惯性力以及弹力出现交变载荷。

弹性振动体的叶片和塔架两者间会出现耦合振动。

假定外界激振力频率和本身固有频率一样，此时会出现共振现象，进而对风力发电机组造成很大的毁坏。

因此，为了消除共振，系统固有频率的频率应通过系统固有频率来避免。

经过查找众多研究信息，深入探讨叶片转动和塔架弯曲的耦合振动，且分析方位角p的作用。

此时风轮旋转部分的划分，并对不旋转塔架开展分析。

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1 MWS ut - 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AbstractWind power generators primary problem of dynamic researching is the systematic resonance and stability for the、Ⅳind turbine．Wind power generators alternate load．air driving force inertial force and elastic force etcthat be pressed on the blade of wind turbine，call bdng on coupling vibration of the elasticblade and tower when the wind turbine works in the condition of natural wind．If thefrequency of outside force approaches the systematic natural frequency，the resonance will be happened and arousing intense destroying for wind turbine．Therefore，only making the systematic natural frequency keep away from the frequency of outside force can avoidresonance．By looking up a lot of data,the coupled rotor brandishing and tower front and backbending system is analyzed．Wind power generators azimuth angle is considered．Firstly,tower and rotor areseparated．A motion equation is set up which could describe rotor hub and nacelle tower with mode analytical method．Then，the consistent condition of hub and tower is performed toestablish the coupled rotor ／tower motion equation．Wind power generators methods that can reasonable predigestthe blade and towermodel is discovered．Wind power generators 1MW wind turbine of Shenyang University of Technology SUT-1000 is analyzedabove model．The systematic natural frequency and response curve are obtained．The results indicate that the wind turbine work is steady and the systematic natural frequency is not coincided with the rotor frequency．Wind power generators effect relation between each parts weight and towerstructure on wind turbine natural frequency is caught．In order to prove the mathematical modal is correct，the wind turbine SUT-1000 is also analyzed and calculated witll Bladed wind turbine specialdesign software combined with ANSYS finite element analysis software．It is important to analyze the stability of coupled rotor／tower system in the course of wind turbine independent design by the above analysis．It has important theory value and actual significance for wind turbine in enhancing capability and optimal design．Key Words Wind Turbine，ModeAnalytical Method，Natural Frequency，Resonance目录摘要 (1)Abstract (2)1前言 (6)1.1风力发电机组发展现状和趋势 (6)1．2风力发电机组的动态特性 (8)1．3国内外风力发电机组动力学研究现状 (9)1．3．1国外风力发电机组动力学研究现状 (10)1．3．2国内风力发电机组动力学研究现状 (12)1．4风力发电机组设计软件现状 (12)1．5本课题的来源、意义及研究内容 (13)1．5．1课题的来源 (13)1．5．2选题的意义 (13)1．5．3课题主要研究内容 (13)2风力发电机组的载荷分析 (14)2．1载荷分类和来源 (15)2．1．1载荷分类 (15)2．1．2负载来源 (16)2．2载荷的确定方法 (16)2．2．1叶素理论 (17)2．2．2塔影效应模型 (19)2．2．3风力发电机组主要载荷的确定方法 (19)3基于BIaded软件的动态计算 (22)3．1模型建立 (22)3．2计算结果 (24)4风轮转子／塔架系统的建模与稳定性分 (28)4．1模态分析法 (28)4．2坐标系的建立 (28)4．3系统的稳定性分析 (30)4．4影响系统稳定性的因素 (32)6结论与展望 (36)6．1研究工作总结 (36)6．2工作展望 (36)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。

风力机叶片挥舞-摆振气弹稳定性分析

风力机叶片挥舞-摆振气弹稳定性分析李亮;李映辉;杨鄂川【摘要】根据Euler-Bernoulli梁理论和粘弹性材料的Kelvin-Voigt理论建立风力机叶片挥舞—摆振耦合非线性动力学方程。

将位移视为静态位移和动态位移的叠加，进而将非线性动力学方程线性化为动态位移的线性方程，得到叶片耦合振动特征方程。

使用基于加权残值的Galerkin方法求解特征方程，分析叶片气弹稳定性，讨论风速、安装角、耦合效应和材料阻尼对叶片颤振稳定性和非线性自激振动行为的影响。

结果表明：摆振方向易出现不稳定振动，通过设置安装角，利用挥舞—摆振耦合可以控制不稳定振动，但当安装角太大时，挥舞—摆振耦合会引起不稳定振动。

%The nonlinear partial differential equations which govern the coupled flap-lead/lag vibration of wind turbine blades were established based on the Euler-Bernoulli beam theory and the Kelvin-Voigt theory for cohesive elastic composite materials. By decomposing blade displacement into static displacement and dynamic displacement, the nonlinear governing equations were linearized to the linear equations for the dynamic displacement. And then, the characteristic equation of the coupled vibration was obtained. The Galerkin method based on the method of weighted residuals was employed to solve the characteristic equation and analyze the aeroelastic stability of the blades. The influence of wind speed, installation angle, coupling effect and material damping on the aeroelastic stability and nonlinear self-excited oscillation of the blades was discussed. Results show that the coupling effect between flap and lead-lag may be employed to improve the aeroelastic stability of theblades, but very strong coupling effect between them due to the large installation angle may bring about vibration instability.【期刊名称】《噪声与振动控制》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】5页(P30-34)【关键词】振动与波;风力机叶片;气弹稳定性;颤振;自激振动【作者】李亮;李映辉;杨鄂川【作者单位】安徽理工大学理学院力学系，安徽淮南 232001;西南交通大学力学与工程学院，成都 610031;西南交通大学力学与工程学院，成都 610031; 重庆理工大学车辆工程学院，重庆 400054【正文语种】中文【中图分类】O317;O322;O323风力机运转过程中，气动力、弹性力和惯性力相互耦合，易引起叶片不稳定振动。

风力机叶片气动弹性稳定性分析

风力机叶片气动弹性稳定性分析随着全球可再生能源的发展，风能已成为一种市要的可再生能源。

风力机由叶片和轮毂组成，叶片姑风力机的关键部件，主要起到收集能量的作用，叶片的气动性能直接影响风力机的性能。

因此，对叶片的气动弹性稳定性进行分析和评价，已经成为风力机研究领域的热点课题。

叶片气动弹性稔定性是由空气动力学、叶片结构力学和振动力学等复杂因素相互作用所产生的。

它表现为叶片在外界气流刺激作用下,叶片形状和位置经过微小改变后保持稳定、不变形和不产生尖峰值的能力。

叶片气动弹性稳定性的分析主要包括以下因素：(I)外界气流作用：外界气流力的作用是叶片气动弹性稳定性的关键因素，它不仅影响叶片的设计参数，还决定了叶片形状和结构的稳定性，因此必须对外界气流的作用进行深入的研究。

(2)叶片结构：叶片的结构是叶片气动弹性稳定性分析的重要因素，叶片结构影响叶片气流动力特性，如离心度、叶片角度、叶片厚度等，因此要求叶片结构参数选择合理，叶片结构牢固。

(3)叶片振动：振动是叶片气动弹性稳定性的重要因素，当叶片振动过大时，会影响叶片的性能，因此叶片振动也是要求分析的重.点。

叶片振动可以通过改变叶片结构或添加风机噪声抑制装置来改善。

(4)流场数值模拟：流场数值模拟是叶片气动弹性稳定性分析的重要手段，可以根据外界环境和叶片结构参数对叶片进行计算流体力学分析，模拟叶片气动弹性稳定性的结果。

（5）试风台试验：试风台试验是叶片气动弹性稳定性分析的有效手段，可以从室内直接检测出叶片的气动特性，从而深入了解叶片气动弹性稳定性的变化规律，为叶片的设计和应用提供参考。

以上是叶片气动弹性稳定性分析的五个主要因素，它们可以综合起来，分析和评价叶片气动弹性稳定性的变化规律，从而为叶片的设计和应用提供参考。

从结构力学的角度出发，叶片气动弹性稳定性评价的重点在于掌握叶片的离心度、角度和厚度等参数的选取，以确保叶片的稳定性，使叶片以最小的偏移和变形应对外界气流的攻击。

胡文瑞：一位老院士的西部情怀

胡文瑞：一位老院士的西部情怀作者：来源：《科学家》2017年第02期胡文瑞是中国著名流体物理学家、中国微重力科学研究的奠基人，他倡导并主持建立了我国唯一的微重力科学研究中心——国家微重力实验室。

作为“中国载人航天工程”（飞船应用系统）主要完成人之一，他还获得了国家科技进步特等奖与“载人航天工程突出贡献者”称号。

68歲那年，胡文瑞来到西北甘肃，成为兰州理工大学与中国科学院的共享院士，在这片遍布红柳的热土上，开始了他的西北情缘。

扎根西部助力风电行业发展甘肃省的河西走廊又被称为“风电走廊”，这里的酒泉是中国风能资源丰富的地区之一。

它所辖的瓜州县被称为“世界风库”，玉门则被称为“风口”。

到了甘肃之后，胡文瑞瞄准这一领域，为甘肃“陆上三峡”战略献计献策。

他带领专家多次到河西实地考察，提出在兰州理工大学开展大型风力发电机研究。

经过多年的发展，兰州理工大学风能与动力工程专业已在全国具有一定的影响，学校先后承担国家“973计划”、“863计划”、国家自然科学基金等科研项目40余项，为甘肃省乃至全国的风电行业培养和输送了大量专业人才。

而在胡文瑞到来之前，这一切是很多教师想都不敢想的。

兰州理工大学副校长李仁年说：“学校之前的科研项目主要来自于企业，以应用型工科为主，缺乏从工程实践中总结提炼科学问题的精神，这些都因为胡院士的到来发生了改变。

”2005年，胡文瑞开始指导兰州理工大学申报风电方面的国家“973”科研项目。

经过连续三年的努力，终于申报成功。

该项目设立的“大型风力机高性能叶片的气动、气弹与气动声学综合分析研究”项目由兰州理工大学主持研究，实现了该校国家重点基础研究发展计划“973”项目零的突破，学校科研水平步入“国家队”。

此后，兰州理工大学的风力研究步入了快车道。

在胡文瑞的主持下，全国风力机空气动力学学术会议、海峡两岸“垂直轴风力发电机组”标准工作组会议、甘肃省风电技术论坛等每年10余次的国内外学术研讨活动接连在兰州理工大学召开；“甘肃省风力机工程技术研究中心”、甘肃省水力发电工程学会风力发电专业委员会、国家级风电设备质量监督检验中心相继成立；国际合作项目“大型风力机风轮关键技术研究及示范”等项目为相关风电制造企业提供了技术支撑。

大型水平轴风力机载荷计算和强度分析的方法研究

大型水平轴风力机载荷计算和强度分析的方法研究摘要本文研究了大型水平轴风力机的载荷计算和强度分析方法。

首先对风力机的工作原理和结构进行了介绍，然后系统地探讨了风载荷、旋转惯量和重力加载等主要外部载荷的计算方法，接着分析了风力机叶片、主轴、机舱等关键部件的受力情况和强度设计要求，最后总结了一套综合的计算和分析方法。

1. 引言随着可再生能源的发展，风力发电逐渐成为一种重要的清洁能源形式。

大型水平轴风力机作为目前风力发电系统的主流形式，其安全可靠性和运行稳定性对整个风电系统至关重要。

在设计和制造阶段，需要准确计算风力机的各种载荷，并对关键部件的强度进行分析，以确保其正常运行和使用寿命。

因此，研究大型水平轴风力机的载荷计算和强度分析方法具有重要的实际意义。

2. 风力机的工作原理和结构大型水平轴风力机是将风能转化为机械能的设备，其主要由叶片、主轴、机舱、塔架等部分组成。

风力机通过叶片受风驱动转动，经过主轴传递动力至发电机，最终输出电能。

各部件之间互相协调工作，形成一个完整的能量转换系统。

3. 外部载荷的计算方法3.1 风载荷风力机在工作过程中会受到来自风的作用力，其大小与风速、叶片面积等因素有关。

常用的计算方法包括经验公式和数值模拟方法。

3.2 旋转惯量载荷由于风力机叶片是在旋转状态下工作的，因此受到旋转加速度和离心力的作用，需要考虑旋转惯量载荷对风力机结构的影响。

3.3 重力加载风力机的主要部件在工作过程中会受到自身重量的作用，需要对重力加载进行充分考虑，以确保结构的稳定性。

4. 部件强度分析4.1 叶片强度分析风力机叶片是风能转换的重要部分，其强度设计直接关系到风力机的安全运行。

需要考虑叶片材料、结构设计、受力分布等因素。

4.2 主轴和机舱的强度分析主轴和机舱是风力机的核心组成部分，需要对其受力情况和强度设计进行详细分析，确保其安全可靠性。

5. 综合计算和分析方法根据上述载荷计算和强度分析结果，可以建立一套综合的风力机设计和优化方法，通过不断改进，提高风力机的效率和可靠性，促进清洁能源产业的发展。

同步双风轮耦合水平轴风力机气动性能风洞测试

同步双风轮耦合水平轴风力机气动性能风洞测试作者：***来源：《机电信息》2020年第05期摘要：同步双风轮耦合水平轴风力机是一种新型风力发电系统。

现以同步双风轮耦合水平轴风力机为研究对象，构建了小型风力机性能测试平台，使用低速直流式風洞，研究该型风力机的功率和扭矩等气动性能。

同步双风轮耦合水平轴风力机与单风轮风力机在构型上明显不同，实验结果表明，该型风力机基本气动性能与单风轮四叶片水平轴风力机相似，但有细微的差异。

同步双风轮耦合水平轴风力机的风轮转速、风轮间距、风轮间相位夹角等参数共同影响风力机的气动性能。

通过对实验结果间细微差异的辨析，研究了各参数对风力机气动性能的影响的具体模式和规律。

关键词：水平轴风力机;双风轮风力机;风洞实验;气动性能;转矩系数0 引言世界能源结构正在发生深刻变化，可再生清洁能源的比重逐年提高。

风能作为一种技术成熟的新型清洁能源，最具商业化、规模化开发条件，在各国能源战略中占据举足轻重的地位。

在各类风力机中，以水平轴、单风轮、上风向、三叶片和可变桨为特征的传统水平轴风力机技术日臻成熟。

不同于经典风力机构型的各类新型风力机设计被不断提出，为风力机技术的发展提供了崭新的思路。

传统水平轴风力机与同步双风轮耦合水平轴风力机如图1所示，同步双风轮耦合水平轴风力机是一类新型风力发电系统。

同步双风轮耦合水平轴风力机装有前后串列布置的两组风轮，两组风轮同步转动，转动的方向和速度相同，风轮间保持恒定的相位关系。

该型风力机的基本气动特性不同于传统的单风轮水平轴风力机。

Appa等提出了一种双排风轮反转风力机;Shen等对这种双排反转风力机的性能进行了仿真分析。

Lee等采用BEM方法计算双排风轮反转风力机气动性能，并分析了某些参数对风力机性能的影响。

Kanemoto等则提出一种前后风轮尺寸不同的双排风力机构型，并进行了场外测试。

Jung等建造了30 kW双排反转风力机的样机。

Ozbay等对双排风力机的尾流进行了风洞实验研究。

基于结构动力学的转子系统稳定性研究

基于结构动力学的转子系统稳定性研究转子系统是机械工程中一种重要的系统，广泛应用于涡轮机、风力发电机、轴承等领域。

转子系统的稳定性对系统的可靠性和工作效率有着重要的影响。

随着工程领域的发展，研究转子系统的稳定性成为了一个热点问题。

本文将从结构动力学的角度，探讨转子系统的稳定性研究。

结构动力学是一门研究结构物在外力作用下的动力响应和内部力学特性的学科。

转子系统作为一种非常特殊的结构物，受到多种力的影响，如重力、离心力、惯性力等。

这些力的作用下，转子系统的响应特性和振动特性发生变化，影响了系统的稳定性。

因此，研究转子系统的结构动力学问题是很有必要的。

转子系统受到外力干扰时，会出现各种形式的振动，如旋转振动、激振振动、不稳定振动等。

不同的振动模式对于转子系统的稳定性有着不同的影响。

通常情况下，旋转振动和激振振动是合理的振动模式，而不稳定振动则是不合理的振动模式。

旋转振动是指转子系统在转速作用下出现的振动。

在旋转振动的情况下，振动是沿着旋转轴的方向，振动频率与旋转速率相同，是合理的振动模式。

对于稳定的转子系统来说，旋转振动的幅值应该尽可能小，以保证系统的稳定性。

激振振动是指转子系统在外力作用下出现的振动。

在激振振动的情况下，振动频率为外力的频率，振动幅值与外力的幅值有关。

通过分析外力和转子系统的耦合关系，可以确定激振振动的幅值及其对系统稳定性的影响。

通常来说，在激振频率小于临界频率时，激振振动对于稳定的转子系统来说是合理的。

但是，如果激振频率大于临界频率，则会导致系统不稳定。

不稳定振动是转子系统的一种不良状态，是指系统在某些特定条件下，出现的无限增长的振动。

不稳定振动会对系统的稳定性产生严重的影响，可能导致系统破坏。

通过分析系统的结构动力学特性，可以确定系统的临界振动频率和临界转速，从而避免不稳定振动的发生。

除了振动特性外，转子系统的稳定性还受到结构特性、控制特性等多种因素的影响。

为了保证转子系统的稳定性，需要综合考虑各种影响因素，并采取相应的控制策略。

能源行业风能发电技术创新方案

能源行业风能发电技术创新方案第1章风能发电技术概述 (3)1.1 风能发电技术发展现状 (3)1.2 风能发电技术发展趋势 (3)1.3 风能发电技术挑战与机遇 (4)第2章风电机组设计创新 (4)2.1 气动优化设计 (4)2.1.1 叶片翼型创新 (5)2.1.2 叶片扭转角度优化 (5)2.1.3 流场模拟与优化 (5)2.2 结构优化设计 (5)2.2.1 材料选择与应用 (5)2.2.2 结构布局优化 (5)2.2.3 塔架结构设计 (5)2.3 控制策略优化 (5)2.3.1 最大功率点跟踪控制 (5)2.3.2 变速恒频控制 (5)2.3.3 智能控制策略 (6)第3章叶片技术革新 (6)3.1 新材料应用 (6)3.1.1 碳纤维复合材料 (6)3.1.2 玻璃纤维增强塑料 (6)3.1.3 生物基复合材料 (6)3.1.4 智能材料 (6)3.2 结构与气动功能优化 (6)3.2.1 结构优化设计 (6)3.2.2 气动优化设计 (6)3.2.3 流体力学模拟 (6)3.3 叶片监测与维护技术 (7)3.3.1 结构健康监测 (7)3.3.2 预防性维护策略 (7)3.3.3 维护技术 (7)第4章风电机组控制系统创新 (7)4.1 变速恒频控制技术 (7)4.1.1 概述 (7)4.1.2 变速恒频控制原理 (7)4.1.3 变速恒频控制策略 (7)4.2 系统建模与仿真 (8)4.2.1 风电机组建模 (8)4.2.2 控制系统建模 (8)4.2.3 仿真分析 (8)4.3 故障诊断与容错控制 (8)4.3.2 容错控制策略 (8)4.3.3 实例分析 (8)第5章风能发电场设计与规划 (8)5.1 风资源评估技术 (8)5.1.1 基于数值模拟的风资源评估 (8)5.1.2 风资源测量与监测技术 (8)5.1.3 风资源评估的不确定性分析 (9)5.2 风电场微观选址 (9)5.2.1 选址原则与方法 (9)5.2.2 环境影响因素分析 (9)5.2.3 社会影响评估 (9)5.3 风电场布局优化 (9)5.3.1 风电机组布局优化 (9)5.3.2 风电机组选型与配置 (9)5.3.3 风电场电气系统设计 (9)5.3.4 风电场运维与管理 (9)第6章海上风能发电技术 (9)6.1 海上风电机组设计 (9)6.1.1 风电机组整体布局 (9)6.1.2 叶轮设计 (10)6.1.3 塔架设计 (10)6.2 海上风电基础结构设计 (10)6.2.1 基础结构类型 (10)6.2.2 基础结构设计方法 (10)6.2.3 抗震与抗风设计 (10)6.3 海上风电场运维技术 (10)6.3.1 运维模式与策略 (10)6.3.2 海上风电场运维关键技术 (10)6.3.3 安全保障措施 (10)第7章风能存储技术 (10)7.1 储能系统概述 (11)7.2 铅酸电池储能技术 (11)7.3 新型储能技术 (11)第8章风能发电并网技术 (12)8.1 并网技术概述 (12)8.2 模块化多电平变流器技术 (12)8.3 风电场无功补偿技术 (12)第9章风能发电系统监测与维护 (12)9.1 系统状态监测 (12)9.1.1 监测技术概述 (12)9.1.2 监测参数与传感器选型 (13)9.1.3 监测数据传输与处理 (13)9.2 预防性维护策略 (13)9.2.2 维护周期与内容 (13)9.2.3 预防性维护实施与评估 (13)9.3 数据分析与处理技术 (13)9.3.1 数据分析方法 (13)9.3.2 数据处理技术 (13)9.3.3 故障预测与诊断 (13)第10章风能发电政策与市场 (14)10.1 政策环境分析 (14)10.1.1 国内政策支持 (14)10.1.2 国际政策环境 (14)10.2 市场发展趋势 (14)10.2.1 市场规模不断扩大 (14)10.2.2 技术创新推动成本下降 (14)10.2.3 海上风电发展迅速 (14)10.3 商业模式创新与挑战 (14)10.3.1 商业模式创新 (14)10.3.2 挑战 (15)第1章风能发电技术概述1.1 风能发电技术发展现状风能作为一种清洁、可再生的能源，受到世界各国的广泛关注。

大型风力发电机塔架构件局部屈曲强度及稳定性分析

大型风力发电机塔架构件局部屈曲强度及稳定性分析摘要：塔架构件的强度、刚度和稳定性对大型风力发电机能否正常工作起到决定性作用，是风力发电机的核心构件，正因为如此，塔架构件的建造和维护成本非常高。

因此如何设计大型风力发电机的塔架构件使得其整体屈曲强度和稳定性符合标准，具有及其重要的意义。

本文对大型风力发电机的塔架构件的受力过程进行了分析，总结了国内外比较流行的加强局部屈曲强度和稳定性的方法，并研究分析了各自的优势，对于同行业研究者和相关工作人员均具有很强的参考价值。

关键词：风力发电机；塔架构件；屈曲强度；稳定性分析1.前言随着改革开放我国各行各业都处于飞速发展状态，但由此带来的污染引起了国民的高度关注，废气废水排放导致空气污染，随着国外先进的科学技术引进，我国开始了风力发电以减少污染排放。

风力发电的优势极大，因为它可以实现零污染和零排放，极大的响应了国家建设环境友好型社会的号召。

我国横跨大江南北，风力资源十分优越，据统计，我国的风力资源处于世界首位。

但我国至今还不能自主的完成风力发电机的设计和制造，绝大数风力发电机都是通过引进国外先进科学技术制造的，长期处于国外垄断状态，无法自主创新实现更好的大型风力发电机，对于我国风力发电行业挑战巨大。

国产风力发电机目前面临的困难便是如何将发电机的核心构件塔架设计好，如何在保证塔架结构局部屈曲强度和稳定性的情况下，自主的进行研发，并通过优化材料和技术等将此类生产实现批量生产。

塔架的设计要求有三点，首先要足够高，大型风力发电机的叶轮需要在设计高度上才能正常工作，塔架高度小了会影响风力发电效果，随之而来的便是高度过高使得稳定性难以控制。

其次是应具有良好的强度和刚度，如何将塔架与大地相连，如何固定基础和各类连接构件，对大型风力发电机的强度和刚度具有重要意义。

最后是应能抵抗恶劣环境，风力发电机大多安置于地广人稀的位置，此类地区的共性便是容易发生恶劣天气条件，如海边的风力发电机会经受台风、暴雨的袭击，平原上的风力发电机会经受干旱、雷击等袭击。

风力机叶片设计和稳定性分析

西ｆｉｒｍ业大学硕上学位论文
第一章结论
下运行，甚至经常处于失速工况条件。因此，对风力机叶片进行振动稳定性分析，从经济性和安全性考虑，不论对风力机的设计还是对风力机运行都是非常重要
的。
风力机叶片由于本身结构和来流特性的影响，在空气动力作用下是否会出现不稳定振动，以及是否会形成自激振动的现象，属于气动弹性的范畴。颤振是气动弹性稳定性的一个重要内容。影响风力机叶片颤振的因素很多，主要包括风轮叶片的结构动力参数、来流特性和风轮叶片所受的气动力，这些因素相互耦合。叶片颤振是不稳定的自激振动，当弹性体在流场作用下产生变形或运动，而弹性体的变形或运动反过来又影响流场，从而改变流体在弹性体表面上的载荷大小和分布。两个不同形状的物理场在耦合界面上相互作用，彼此影响。这种由流体诱发的振动问题，要从结构动力学与气体动力学两方面来开展研究。叶片颤振机理不单纯是流体力学问题，而是气动弹性问题，就是研究弹性体与周围气流之间的相互作用。颤振分析是涉及风力机运行安全性的重要问题，尽管到今天对颤振发作机埋已有了较多的认识，但针对具体的实际现象仍很难给出准确的预测。
西北工业大学硕士学位论文风力机叶片设计和稳定性分析姓名：刘晓燕申请学位级别：硕士专业：人机与环境工程指导教师：廖明夫
20040101
Hale Waihona Puke 西北工业大学硕士学位论文中文摘要
摘要
叶片是风力机的核心部件，如果它发生不稳定的自激振动，那么叶片的颤振将会影响风力机的正常运行。本文应用Ｓｃｈｍｉｔｚ理论设计了一６００七∥水平轴风力机的叶片，同时应用叶片基元法理论分析了该风机的气动性能。又从质量、刚度、气动力的角度出发，研究该风力机叶片振动的动态响应。
本文把风力机叶片简化为悬臂梁，对梁截面的二维叶型建模，完整推导了二维叶型的线性运动微分方程和流／构耦合条件下系统的气动刚度和气动阻尼，此时气动载荷与结构的位移矢量以及速度矢量是相互耦合的，再利用系统的特征值来判断叶片颤振是否发生，从而获得风机的稳定工作范围。本文采用了（（Ｎｉｅｄｒｉｇｇｅｓｃｈｗｉｎｄｉｇｋｅｉｔｓｐｒｏｆｉｌｅ））叶型书的实验数据，对上述的６００≈矿水平轴风力机叶片进行了计算和讨论。其次。通过用龙格—库塔的数值方法对微分方程进行迭代，所求出的系统各振动量变化规律和上述算例的特征值对比，结果是一致的。这就验证了建模的合理性和方程推导的正确性。最后，又对影响叶片颤振的结构动力参数进行了分析。

大型水平轴风力机载荷计算和强度分析的方法研究

新疆农业大学硕士学位论文大型水平轴风力机载荷计算和强度分析的方法研究姓名：曾杰申请学位级别：硕士专业：农业机械化工程指导教师：崔新维;武钢20010101鬻蚓零鬻撼繁躺氡瀑砖诗箨喜簟静轿—————————————？————”…””㈣—■——…＿—＿—Ｈ————————————————～—一国剑建蠛蘸入托辫梭漤、定受材料瓣橼、划分攀元（带点及举元）三个步骤绻成躺。

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基于IDDES方法的大型水平轴风力机气动特性与尾流分析

基于IDDES方法的大型水平轴风力机气动特性与尾流分析基于IDDES方法的大型水平轴风力机气动特性与尾流分析一、引言随着环境保护和可再生能源的重要性逐渐凸显，风力发电成为了当今世界上最主要的可再生能源之一。

大型水平轴风力机是风力发电的核心设备之一，其性能优化对于提高发电效率至关重要。

气动特性和尾流分析是评估风力机性能和研究风场中不同风力机排布布局的关键要素。

二、IDDES方法的原理及特点IDDES（Improved Delayed Detached Eddy Simulation，改进的延迟分离尾流模拟）是一种半物理数值模拟方法，结合了雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）和大涡模拟（LES）两种方法的优点。

IDDES方法适用于湍流流动的模拟，能够较好地预测风力机在不同工况下的气动特性。

与传统的RANS方法相比，IDDES方法能够更精确地模拟湍流结构，尤其对于边界层流动、挡风罩等复杂几何结构的湍流模拟效果更佳。

而与LES方法相比，IDDES方法在计算时间和计算资源消耗上更加经济高效。

因此，使用IDDES方法进行大型水平轴风力机气动特性与尾流分析具有很高的研究价值。

三、大型水平轴风力机气动特性分析1. 数值模拟模型的建立首先，根据实际风力机的几何参数，建立风力机的三维模型。

利用计算流体力学（CFD）软件，应用IDDES方法对风力机的气动特性进行模拟。

2. 气动力特性评估利用IDDES模拟结果，可以得到风力机的气动力特性，如风力机叶片上的气动力分布、升力系数、阻力系数等。

通过对比实际风力机的气动力测试数据，验证IDDES模拟结果的准确性。

3. 流场分析IDDES方法能够模拟风力机周围的流场情况，包括风力机叶片表面的湍流结构、气动力影响区域的湍流特性等。

通过对流场分析可以深入了解风力机周围的流动特征，为设计和改进风力机提供重要依据。

四、大型水平轴风力机尾流分析1. 尾流特性描述利用IDDES方法模拟大型水平轴风力机的尾流特性。