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风力发电机系统动力特性仿真研究

作　者: 邵金华
导　师: 何玉林
学　校: 重庆大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 风力发电柔性多体动力学虚拟样机动态入流气弹耦合
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 584次
引　用: 8次
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内容摘要

风力发电机组是风力发电的主要装置,它的研究和开发是风电技术的核心。风力发电机由风轮、传动系统、发电机、支承装置、迎风机构、安全装置和控制系统等组成。其中,水平轴风轮叶片作为弹性体在运行中由于气动力、弹性力和惯性力的藕合作用而引起的不稳定振动,常常是导致风机结构破坏的重要原因之一。因此,叶片的气动弹性稳定性问题一直是人们所关注的研究课题。本文以国内某风机生产厂家的某型号风力机为研究对象,从质量、刚度以及气动特性的角度出发,研究风机叶片振动中的气动弹性响应问题,进而确定影响风机叶片气动弹性稳定性的物理因素和关键参数。本文的主要研究内容有:①利用动态入流理论在ADAMS软件中编写PCL程序对风轮分析所需要的载荷进行计算。②建立叶片几何模型进行振动特性分析,并对其进行合理的简化,进行振动特性分析,以证明简化模型的可用性。③在风轮模型基础上,建立风机模型的柔性动力学模型。风机模型由风轮、机舱和塔架等关键部件组成。其中,风轮、塔架的采用柔性体模型,对振动影响不大的机舱等部件采用刚性体模型。④利用所建立的动力学模型和计算的载荷,在风机系统下,对叶片的气弹耦合进行计算,并把计算结果和Bladed的计算结果进行对比,验证了该模型在风力发电机整体设计中的正确性。本文的研究对风力发电机叶片设计和分析提供了一种可靠的方法,进而推动风机叶片的国产化进程。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-7
1 绪论  7-12
  1.1 课题的背景  7-8
  1.2 风电技术的研究和发展现状  8-9
  1.3 风力发电机结构动力学得发展与现状  9
  1.4 风力发电机气动弹性问题的研究现状  9-11
  1.5 论文研究的意义和主要内容  11-12
2 风力发电机系统的载荷  12-34
  2.1 风能资源  12-18
  2.2 动态入流理论  18-26
    2.2.1 Pitt—Peters 理论（动态入流）  18-21
    2.2.2 在风力发电机中的应用  21-26
  2.3 风力发电机载荷的计算法  26-29
    2.3.1 叶素动量理论  26-28
    2.3.2 计算速度诱导因子和微元气动力  28-29
  2.4 动力学模型中的载荷实现方法  29-31
  2.5 风力发电机负载  31-33
    2.5.1 恒速发电机  31-32
    2.5.2 变速发电机  32-33
  2.6 小结  33-34
3 风轮叶片的简化及其模态和强度计算  34-45
  3.1 叶片模型的模态和静强度计算  35-38
    3.1.1 叶片几何模型  35-36
    3.1.2 叶片模态计算  36-37
    3.1.3 叶片静强度计算  37-38
  3.2 叶片简化模型的模态和静强度计算  38-41
    3.2.1 叶片简化处理  38-39
    3.2.2 简化叶片模态计算  39-41
    3.2.3 简化叶片静强度计算  41
  3.3 叶片计算的结果与分析  41-42
  3.4 简化叶片模拟风轮系统  42-44
  3.5 小结  44-45
4 风力发电机系统动力学虚拟样机仿真模型  45-55
  4.1 多柔体系统动力学  45-52
    4.1.1 柔性体上点的位置向量、速度和加速度  45-46
    4.1.2 外加载荷  46-49
    4.1.3 多柔体系统的能量  49-51
    4.1.4 多柔体系统动力学方程  51-52
  4.2 风力发电机系统的动力学模型  52-54
    4.2.1 结构参数  52-53
    4.2.2 力学特性参数  53
    4.2.3 外界参数  53-54
    4.2.4 风力发电机模型  54
  4.3 小结  54-55
5 仿真模型计算风力发电机气弹振动  55-65
  5.1 叶片气弹性分析  56-62
    5.1.1 叶片气弹性静力学问题  56
    5.1.2 翼型的气动弹性动力学稳定性问题  56-57
    5.1.3 典型剖面的两自由度耦合动力学分析  57-62
  5.2 风力发电机稳定性仿真模型计算  62-64
  5.3 小结  64-65
6 结论与展望  65-66
  6.1 结论  65
  6.2 展望  65-66
致谢  66-67
参考文献  67-70
附录  70

风力发电机系统动力特性仿真研究

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