风力发电机的叶片设计方法研究
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8.学位论文王介龙大型水平轴风力机耦合动力学系统气弹响应与稳定性分析2001
该文针对复杂的风力发电机结构进行转子/机舱/塔架耦合动力学系统的气弹响应与稳定性分析,建立了一套精确可行的有限元分析方法,并完成必要的参数设计.大型水平轴风力发电机的模型为流-刚-柔耦合的强非线性周期时变多体系统.该文与已有的方法不同,推导了一种新型的5节点25自由度刚柔混合梁单元模型.在气弹动力学响应分析中,应用
5.学位论文赵先民水平轴风力机动力特性和流场的数值模拟2007
风力发电机是通过风获得能量的一种设备。现代风力发电机由一系列复杂的子系统组成,风力机主要组成部分包括:叶片、塔架、轮毂、机舱、地基基础、传动设备和控制系统。目前,世界风力机发展的趋势是大型化和柔性化,以便于提高发电效率并降低发电成本。
由于风本身多变的特性,风力机时常在恶劣的环境中工作。风力机在运行中会经常遭遇大风、阵风等不良天气。由于风荷载的脉动性和风力机自身的柔性结构的特点,诱使风力机产生振动,由大风引起的风力机结构破坏时有发生。因此,人们迫切需要对风力机整机进行抗风分析,风力机整机抗风分析的基础是研究风力机整机的结构动力特性和流场特性。 本文主要研究以下两个方面:
Hamilton变分原理推导了非惯性系中的转子动力学方程.在运动稳定性分析中,系统各个部分通过机舱偏转自由度、塔顶6个自由度相互耦合在一起.对稳态周期解进行摄动,得到线性化的周期时变动力学方程,根据Eloquet理论判断系统运动稳定性.该文采用时域内的Newmark数值积分方法计算转换矩阵.最后,研制了风力机耦合转子/机舱/塔架动力学系统气弹响应与稳定性分析软件,并应用于工程算例的计算分析.
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Thesis_Y1153487.aspx
授权使用:辽宁工程技术大学(lngcjsdx),授权号:1c236959-cbc3-4f04-be39-9e06009bb10c
下载时间:2010年10月5日
太阳能学报2008,29(1)
在研究以前工作的基础上,探讨了在风洞中采用小型风力机整机在叶片上加襟翼来提高桨叶气动效率、增加功率可行性的实验研究.实验是在汕头大学的双速回流风洞中进行的
.作者设计了实验方案,测量了机组在不同来流和襟翼高度工况下的输出功率,并和没有襟翼时的输出功率进行了对比.最后采用风力机气动数值计算结果,对实验结果进行了理论上的说明.
第百度文库个方面是叶片和风力机整机的结构动力特性分析。利用商用有限元软件ANSYS,建立起风力机叶片和整机的有限元计算模型,进而分析叶片以及整机的模态和自振频率这些结构振动方面的参数。
第二个方面是用计算流体动力学(CFD)来模拟风力机的流场。首先概述计算流体动力学的基本数学、力学理论基础。然后简单介绍了CFD商用软件Fluent的特点。最后,本文通过商用CFD软件Fluent对风力机的外流场作了初步的研究。
4.期刊论文马晓爽.高日.陈慧.MA Xiao-shuang.GAO Ri.CHEN Hui风力发电发展简史及各类型风力机比较概述-应用能源技术
2007,""(9)
当今对风能的利用,主要是用来发电,通过对风能发电历史的回顾和对水平轴和垂直轴风力发电机的比较,使人们对垂直轴风力发电机有了更加广泛的认识.
9.会议论文张维智.王卫华大型水平轴风力机风轮利用效率的估算探讨2009
由于水平轴风力发电机在运行时无法获得前方来流的速度,风轮效率和功率计算时往往采用风轮后的风速来进行,因而在计算风轮效率时产生很大的偏差,本文应用动量理论
,通过对DEWIND-D8水平轴风力发电机风轮利用效率进行计算,获得了水平轴风力机风能利用的实际效率值要比计算效率值偏差很大,同时指出了产生计算误差的理论原因。
10.期刊论文姚英学.汤志鹏.YAO Ying-xue.TANG Zhi-peng垂直轴风力机应用概况及其展望-现代制造工程2010,""(3)
水平轴风力机是当今应用最广的一种风力机,垂直轴风力机也有着自身优越的性能,并越来越被人们所重视.介绍垂直轴风力发电机与水平轴风力发电机的优缺点,以及垂直轴风力机的最新应用及其发展趋势.
塔架是风力发电机主要的承重部件,直接影响机组的稳定性和整机性能。本文在分析了现阶段国内外风力发电技术的发展状况及趋势的基础上,引入致动盘概念和叶素理论,以MW级风力发电机组为对象,对塔架在极限载荷等变工况下的静强度、疲劳强度和动力学响应问题进行了研究。利用ANSYS力学分析软件,对大型风力发电机的圆筒型塔架进行了数值仿真研究,为塔架的动态设计提供了理论依据。通过仿真研究获得的主要结论如下:
1)在风压和风切变产生的随机激励扰动的作用下,进行了塔架的静强度分析,检验了塔架在各种载荷情况下的最大应力是否超出材料的许用应力,是否满足静强度要求。极限情况下塔架的受力是静强度分析的重点,是影响风力机使用寿命的关键。
2)基于塔架的静强度分析,找到塔架的疲劳危险点,通过研究危险点处的疲劳情况,来衡量整个塔架的疲劳状况,通过ANSYS的疲劳分析模块,验证了风力机塔架使用寿命情况,合乎风力机塔架的设计使用寿命,满足疲劳强度要求。
7.期刊论文田海姣.王铁龙.王颖.TIAN Hai-jiao.WANG Tie-long.WANG Ying垂直轴风力发电机发展概述-应用能源技术2006,""(11)
能源危机是我们面对的最大挑战,风力发电是具有大规模发展潜力的可再生能源,在远期有可能成为世界重要的替代能源.水平轴风力机是目前应用最广的一种风力发电机,垂直轴风力机有着优越的性能,并越来越被人们所重视.主要论述了达里厄风力机的优良性能及其发展.
3)根据多自由度模态分析理论,提出了“弹性铰”力学模型,对水平轴风力发电机塔架的振动模态进行了仿真。运用矩阵迭代法对模型进行数值计算,分析了塔架在自由振动时的力学特性,获取了塔架的固有频率和振型。结果表明,塔架的一阶固有频率高于叶片通过频率,属刚性塔,不会因风轮激励而产生共振;依据振动理论,塔架振动过程的能量主要集中于一、二阶频率处,而一、二阶振型均为摆振,因此摆振是塔架的主要振动方式,是引起塔架疲劳破坏的主要原因。
3.学位论文宗楠楠小型水平轴风力机叶片设计与有限元分析2009
为了更好地发展我国的风力发电事业,实现风力发电机的国产化,必须通过深入系统的研究,掌握风力机及关键零部件的设计和分析技术。本文根据传统的叶片设计方法设计了400W小型水平轴风力机叶片,生成了三维几何模型。然后采用有限元方法对叶片进行了振动模态分析,得到各阶振动频率和振型,为防止结构共振提供了依据。针对小型风力机叶片强度分析的特点,提出了一种梁单元与实体单元相结合的高效率的有限元建模方法,并将分析结果与文献中的试验结果相对比,验证了该建模方法的有效性。用该方法分析了自行设计的应用于风光互补路灯的小型风力机叶片在额定风速下的受力与变形,验证了叶片的安全性。
本文的上述工作可以为进一步的风力机抗风分析打下基础。
6.学位论文陈彦大型水平轴风力机结构动力响应与稳定性研究1999
大型水平轴风力发电机为由桨叶-短舱-塔架组成的刚-柔耦合、流-固耦合的多体系统,尤其是桨叶为随时间周期性变化的变结构体系,其结构与运动的复杂性很大.该文研究了大型水平轴三叶片固定式桨毂风力发电机的结构机械动态响应问题,也研究了该结构的稳定性问题.为了精确地描述具有中等挠度的大型桨叶结构,该文进行响应分析中,采用了5节点
4)利用ANSYS软件中的优化设计模块,以塔筒的壁厚为设计变量,以材料的许用应力为约束,以塔架的体积为目标函数进行了优化设计,最终得到圆筒型塔架壁厚的最优值。并验证了优化后的塔架满足静强度、模态分析、疲劳强度以及屈曲强度等方面的安全性能,为塔架的优化奠定了理论基础。
研究表明,关于风力机塔架的振动是影响风力发电机组稳定性和整机性能的关键性研究,是风机研究的基础性问题。
2.学位论文吕钢基于有限元法的水平轴风力机塔架动态响应与优化问题研究2009
被称为“蓝天白煤”的风力资源,是一种取之不尽、不会产生任何污染的可再生新能源。随着大型水平轴风力发电机组的单机容量向10MW级水平以及塔架高度向120m高度发展
,作用在塔架上的风载荷的交变性和随机性将更为明显,因此,对于塔架的结构动力学特性分析,是发展风力发电产业的重要基础研究工作之一。
15自由度的梁单元有限元模型,同时考虑桨叶相对浆毂连接处有挥舞、摆振和变矩的刚体转动.响应分析中,应用Hamilton原理,建立桨叶在做刚体一般运动的非惯性参与系中的动力学方程,同时分别建立短舱在非惯性系中的刚体动力学方程与塔架在惯性坐标系中的动力学方程.数值计算分析中,主要计算了刚性支撑系统时具有不同预锥角的桨叶周期稳态响应;转子-短舱-塔架在不同桨叶预锥角、不同短舱-塔架连接刚度、不同静不平衡及有无重力等情况下的周期稳态响应,和相对应的运动稳定性分析.
风力发电机的叶片设计方法研究
作者:王凡
学位授予单位:南京理工大学
1.期刊论文包能胜.蔡佳炜.倪维斗.叶枝全.Bao Nengsheng.Cai Jiawei.Ni Weidou.Ye Zhiquan小型水平轴风力机襟翼增升实验研究-
该文针对复杂的风力发电机结构进行转子/机舱/塔架耦合动力学系统的气弹响应与稳定性分析,建立了一套精确可行的有限元分析方法,并完成必要的参数设计.大型水平轴风力发电机的模型为流-刚-柔耦合的强非线性周期时变多体系统.该文与已有的方法不同,推导了一种新型的5节点25自由度刚柔混合梁单元模型.在气弹动力学响应分析中,应用
5.学位论文赵先民水平轴风力机动力特性和流场的数值模拟2007
风力发电机是通过风获得能量的一种设备。现代风力发电机由一系列复杂的子系统组成,风力机主要组成部分包括:叶片、塔架、轮毂、机舱、地基基础、传动设备和控制系统。目前,世界风力机发展的趋势是大型化和柔性化,以便于提高发电效率并降低发电成本。
由于风本身多变的特性,风力机时常在恶劣的环境中工作。风力机在运行中会经常遭遇大风、阵风等不良天气。由于风荷载的脉动性和风力机自身的柔性结构的特点,诱使风力机产生振动,由大风引起的风力机结构破坏时有发生。因此,人们迫切需要对风力机整机进行抗风分析,风力机整机抗风分析的基础是研究风力机整机的结构动力特性和流场特性。 本文主要研究以下两个方面:
Hamilton变分原理推导了非惯性系中的转子动力学方程.在运动稳定性分析中,系统各个部分通过机舱偏转自由度、塔顶6个自由度相互耦合在一起.对稳态周期解进行摄动,得到线性化的周期时变动力学方程,根据Eloquet理论判断系统运动稳定性.该文采用时域内的Newmark数值积分方法计算转换矩阵.最后,研制了风力机耦合转子/机舱/塔架动力学系统气弹响应与稳定性分析软件,并应用于工程算例的计算分析.
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Thesis_Y1153487.aspx
授权使用:辽宁工程技术大学(lngcjsdx),授权号:1c236959-cbc3-4f04-be39-9e06009bb10c
下载时间:2010年10月5日
太阳能学报2008,29(1)
在研究以前工作的基础上,探讨了在风洞中采用小型风力机整机在叶片上加襟翼来提高桨叶气动效率、增加功率可行性的实验研究.实验是在汕头大学的双速回流风洞中进行的
.作者设计了实验方案,测量了机组在不同来流和襟翼高度工况下的输出功率,并和没有襟翼时的输出功率进行了对比.最后采用风力机气动数值计算结果,对实验结果进行了理论上的说明.
第百度文库个方面是叶片和风力机整机的结构动力特性分析。利用商用有限元软件ANSYS,建立起风力机叶片和整机的有限元计算模型,进而分析叶片以及整机的模态和自振频率这些结构振动方面的参数。
第二个方面是用计算流体动力学(CFD)来模拟风力机的流场。首先概述计算流体动力学的基本数学、力学理论基础。然后简单介绍了CFD商用软件Fluent的特点。最后,本文通过商用CFD软件Fluent对风力机的外流场作了初步的研究。
4.期刊论文马晓爽.高日.陈慧.MA Xiao-shuang.GAO Ri.CHEN Hui风力发电发展简史及各类型风力机比较概述-应用能源技术
2007,""(9)
当今对风能的利用,主要是用来发电,通过对风能发电历史的回顾和对水平轴和垂直轴风力发电机的比较,使人们对垂直轴风力发电机有了更加广泛的认识.
9.会议论文张维智.王卫华大型水平轴风力机风轮利用效率的估算探讨2009
由于水平轴风力发电机在运行时无法获得前方来流的速度,风轮效率和功率计算时往往采用风轮后的风速来进行,因而在计算风轮效率时产生很大的偏差,本文应用动量理论
,通过对DEWIND-D8水平轴风力发电机风轮利用效率进行计算,获得了水平轴风力机风能利用的实际效率值要比计算效率值偏差很大,同时指出了产生计算误差的理论原因。
10.期刊论文姚英学.汤志鹏.YAO Ying-xue.TANG Zhi-peng垂直轴风力机应用概况及其展望-现代制造工程2010,""(3)
水平轴风力机是当今应用最广的一种风力机,垂直轴风力机也有着自身优越的性能,并越来越被人们所重视.介绍垂直轴风力发电机与水平轴风力发电机的优缺点,以及垂直轴风力机的最新应用及其发展趋势.
塔架是风力发电机主要的承重部件,直接影响机组的稳定性和整机性能。本文在分析了现阶段国内外风力发电技术的发展状况及趋势的基础上,引入致动盘概念和叶素理论,以MW级风力发电机组为对象,对塔架在极限载荷等变工况下的静强度、疲劳强度和动力学响应问题进行了研究。利用ANSYS力学分析软件,对大型风力发电机的圆筒型塔架进行了数值仿真研究,为塔架的动态设计提供了理论依据。通过仿真研究获得的主要结论如下:
1)在风压和风切变产生的随机激励扰动的作用下,进行了塔架的静强度分析,检验了塔架在各种载荷情况下的最大应力是否超出材料的许用应力,是否满足静强度要求。极限情况下塔架的受力是静强度分析的重点,是影响风力机使用寿命的关键。
2)基于塔架的静强度分析,找到塔架的疲劳危险点,通过研究危险点处的疲劳情况,来衡量整个塔架的疲劳状况,通过ANSYS的疲劳分析模块,验证了风力机塔架使用寿命情况,合乎风力机塔架的设计使用寿命,满足疲劳强度要求。
7.期刊论文田海姣.王铁龙.王颖.TIAN Hai-jiao.WANG Tie-long.WANG Ying垂直轴风力发电机发展概述-应用能源技术2006,""(11)
能源危机是我们面对的最大挑战,风力发电是具有大规模发展潜力的可再生能源,在远期有可能成为世界重要的替代能源.水平轴风力机是目前应用最广的一种风力发电机,垂直轴风力机有着优越的性能,并越来越被人们所重视.主要论述了达里厄风力机的优良性能及其发展.
3)根据多自由度模态分析理论,提出了“弹性铰”力学模型,对水平轴风力发电机塔架的振动模态进行了仿真。运用矩阵迭代法对模型进行数值计算,分析了塔架在自由振动时的力学特性,获取了塔架的固有频率和振型。结果表明,塔架的一阶固有频率高于叶片通过频率,属刚性塔,不会因风轮激励而产生共振;依据振动理论,塔架振动过程的能量主要集中于一、二阶频率处,而一、二阶振型均为摆振,因此摆振是塔架的主要振动方式,是引起塔架疲劳破坏的主要原因。
3.学位论文宗楠楠小型水平轴风力机叶片设计与有限元分析2009
为了更好地发展我国的风力发电事业,实现风力发电机的国产化,必须通过深入系统的研究,掌握风力机及关键零部件的设计和分析技术。本文根据传统的叶片设计方法设计了400W小型水平轴风力机叶片,生成了三维几何模型。然后采用有限元方法对叶片进行了振动模态分析,得到各阶振动频率和振型,为防止结构共振提供了依据。针对小型风力机叶片强度分析的特点,提出了一种梁单元与实体单元相结合的高效率的有限元建模方法,并将分析结果与文献中的试验结果相对比,验证了该建模方法的有效性。用该方法分析了自行设计的应用于风光互补路灯的小型风力机叶片在额定风速下的受力与变形,验证了叶片的安全性。
本文的上述工作可以为进一步的风力机抗风分析打下基础。
6.学位论文陈彦大型水平轴风力机结构动力响应与稳定性研究1999
大型水平轴风力发电机为由桨叶-短舱-塔架组成的刚-柔耦合、流-固耦合的多体系统,尤其是桨叶为随时间周期性变化的变结构体系,其结构与运动的复杂性很大.该文研究了大型水平轴三叶片固定式桨毂风力发电机的结构机械动态响应问题,也研究了该结构的稳定性问题.为了精确地描述具有中等挠度的大型桨叶结构,该文进行响应分析中,采用了5节点
4)利用ANSYS软件中的优化设计模块,以塔筒的壁厚为设计变量,以材料的许用应力为约束,以塔架的体积为目标函数进行了优化设计,最终得到圆筒型塔架壁厚的最优值。并验证了优化后的塔架满足静强度、模态分析、疲劳强度以及屈曲强度等方面的安全性能,为塔架的优化奠定了理论基础。
研究表明,关于风力机塔架的振动是影响风力发电机组稳定性和整机性能的关键性研究,是风机研究的基础性问题。
2.学位论文吕钢基于有限元法的水平轴风力机塔架动态响应与优化问题研究2009
被称为“蓝天白煤”的风力资源,是一种取之不尽、不会产生任何污染的可再生新能源。随着大型水平轴风力发电机组的单机容量向10MW级水平以及塔架高度向120m高度发展
,作用在塔架上的风载荷的交变性和随机性将更为明显,因此,对于塔架的结构动力学特性分析,是发展风力发电产业的重要基础研究工作之一。
15自由度的梁单元有限元模型,同时考虑桨叶相对浆毂连接处有挥舞、摆振和变矩的刚体转动.响应分析中,应用Hamilton原理,建立桨叶在做刚体一般运动的非惯性参与系中的动力学方程,同时分别建立短舱在非惯性系中的刚体动力学方程与塔架在惯性坐标系中的动力学方程.数值计算分析中,主要计算了刚性支撑系统时具有不同预锥角的桨叶周期稳态响应;转子-短舱-塔架在不同桨叶预锥角、不同短舱-塔架连接刚度、不同静不平衡及有无重力等情况下的周期稳态响应,和相对应的运动稳定性分析.
风力发电机的叶片设计方法研究
作者:王凡
学位授予单位:南京理工大学
1.期刊论文包能胜.蔡佳炜.倪维斗.叶枝全.Bao Nengsheng.Cai Jiawei.Ni Weidou.Ye Zhiquan小型水平轴风力机襟翼增升实验研究-