风力机空气动力学5(载荷与振动)

4、风力机的结构动力学
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风力机载荷与振动
2、风力机的载荷
(2)风力机载荷的效果
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2、风力机的载荷——重力载荷
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2、风力机的载荷——重力载荷
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2、风力机的载荷——惯性载荷
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2、风力机的载荷——惯性载荷
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2、风力机的载荷——气动载荷
轮周力与轴向推力——挥舞、俯仰 偏航力 ——摆振、轴向推力弱(有利) 风切变——三叶片风轮能自平衡摆 振；但会产生俯仰 塔影效应——叶片周期性转过塔架 (风扰动)、塔架卡门涡街(前扰) 阵风与湍流——强度、频率不稳定
避免某倍频，特别是低倍频与固有频率的交 点——离开20%以外：确定合理的转速范围。 注意考察振动幅度较大的谐次。
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3、风力机的振动：关于振型
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4、风力机的结构动力学
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叶片结构——蒙皮(胶衣层、纤维层、双向纤维强度层等： 提供气动外形，并抗弯曲与剪切)、主梁(单向承载能力强的 纤维材料)及填充(聚氨酯的硬质泡沫塑料：防局部失稳或过 大变型)的结构。 叶片铺层——用纤维层铺在模具上(可事先浸润)，再注入 聚酯树酯或环氧树酯(真空吸注法)。 “三明治”结构——叶片后缘常采用，是在内、外纤维铺 层间放入轻木层；通过适当加工，使树酯固化；再将叶型的 两个部分粘接在一起。
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(2) 风力机的振动：塔架贝尔图
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(3) 风力机的振动：系统坎贝尔图
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3、风力机的振动：坎贝尔图
低倍频对振动影响大——若低倍频与固有频 率重合，将发生较强的共振。
高倍频的激振力弱些——对振动的影响较小。
载荷3：气动载荷
载荷4：操作载荷及其他
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2、风力机的载荷
(2)风力机载荷的效果 摆振：旋转面内的弯矩(周向)
挥舞：旋转面外的弯矩(轴向)
俯仰：纵向的转矩(上下俯仰)
偏移：横向的转矩(左右偏移)
扭振：沿某轴的转矩(扭转)
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2、风力机的载荷——操作载荷及其他
制动载荷 ——影响惯性载荷，产生附加载荷； 变桨调节 ——附加载荷，特别是失效工况； 偏航调节 ——附加载荷，特别是失效工况； 变流器故障或发电机短路——逆向传至叶轮； 其他载荷 ——如，覆冰、失速、台风破坏等。
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3、风力机的振动：时程曲线
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3、风力机的振动：振动模态曲线
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3、风力机的振动：坎贝尔图
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(1) 风力机的振动：叶片坎贝尔图
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3、风力机的振动
自由振动——激振力等于零时，由初始条件 所决定的振动，如紧急停车过程中叶片振动。 受迫振动——即所谓的激振，如叶片(叶片传动系统)激振、机舱-塔架系统激振等。
自由振动频率又称固有频率：从 结构和材料上进行改善。
激振的表示：振幅时程曲线、振动模态曲线及频 率分布曲线( Compell Diagram，即坎贝尔图)。
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1、风力机叶片加工与连接
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风力机载荷与振动
1、风力机叶片加工与连接
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(2)风力机叶片的连接
叶片叶尖部分：90%半径区域Cp最大，故高升 阻比的要求很重要。 叶片叶根部分：速比低，为保证半径方向转 矩相等，要求——弦长、叶厚、攻角大 等。 叶片根部连接：通过金属法兰边与轮毂相连。 连接型式1：叶根埋放带螺孔的金属 圆筒。
连接型式2：所谓的“宜家螺栓”连 接。 沈阳工程学院 风力机空气动力学
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(2)风力机叶片的连接
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(2)风力机叶片的连接
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2、风力机的载荷
(1)风力机载荷的分类
载荷1：重力载荷
载荷2：惯性Fra Baidu bibliotek荷
风力机的载荷与振动
一、风力机叶片的加工与连接 二、风力机的载荷 三、风力机的振动 四、风力机的结构动力学简介
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风力机载荷与振动
1、风力机叶片加工与连接
(1) 风力机叶片的加工
叶片材料——玻璃纤维(GRP)、碳纤维(CFRP)等。
叶片模具——叶背与叶盆分离的两部分，再粘接。