达里厄型风机结构分析

论文摘要

随着越来越严重的环境污染问题的出现和化石燃料有限储量减少的双重危机的日益加深,人类对可再生能源的开发和利用变得无比迫切。现有风能利用技术的快速发展已使风能成为目前最重要的一种可再生资源。现有的风能转化系统大部分将风能通过风力机装置转化为机械能,然后通过电机转化为电能,通常风力机按风轮旋转轴在空间的方向,分为水平轴风力机(Horizontal Axis Wind Turbine)简称为(HAWT)和立轴风力机(Vertical Axis Wind Turbine简称为VAWT)两大类,今天的VAWT以Darrieus形式得到闻名。本文首先对结构所受荷载进行了分析,讨论了随机脉动风的数值模拟。然后介绍了风力机结构的静力计算方法。利用ANSYS有限元软件对结构进行静力分析,校核了初步设计的强度、刚度,同时探讨了拉索初应力的合理范围。在风力机结构的动力分析中,通过对结构的动力分析,了解结构的自振特性和各阶模态,为结构的振动控制提供了依据。利用模拟的脉动风时程对结构进行瞬态动力分析,了解其动力响应,为后续的结构减振提供参考。最后本文探讨了结构振动控制的问题。计算了结构在安装了阻尼器后的动态响应,对比以前的结果,从而判断阻尼器的减振效果,为以后的进一步设计提过参考。本文通过对1MW立轴风力机结构的初步设计进行静力分析、动力分析和振动控制分析,校核了结构强度、刚度,提出了拉索初应力的合理选取范围。同时了解了结构的自振特性和瞬态动力特性,为以后的深化设计提供了参考和依据,为进一步的立轴风力机设计服务。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 立轴风力机的种类及商业化立轴风机发展史
• 1.3 立轴风力机的优越性
• 1.4 立轴风力机的研究现状
• 1.5 本文的主要工作
• 2 荷载计算
• 2.1 荷载分类
• 2.2 风荷载
• 2.2.1 风荷载计算
• 2.2.2 基本风压
• 2.2.3 风压高度变化系数
• 2.2.4 风荷载体型系数
• 2.2.5 风振系数
• 2.2.6 风荷载标准值计算
• 2.3 荷载组合
• 2.4 脉动风的数值模拟
• 2.4.1 脉动风速谱
• 2.4.2 脉动风的数值模拟
• 2.4.3 脉动风数值模拟实例
• 2.5 结构在静力作用下变形控制指标
• 3 达里厄型风机结构静力分析
• 3.1 概述
• 3.2 立轴等效梁单元法
• 3.2.1 计算原理和计算图形
• 3.2.2 荷载作用与拉索计算
• 3.2.3 立轴分析
• 3.3 达里厄型风力机静力分析
• 3.3.1 杆、梁单元及其相关参数
• 3.3.2 风力机有限元模型
• 3.3.3 结构风荷载计算
• 3.3.4 风机拉索初应力选取
• 3.3.5 风机顶端偏移量计算
• 3.3.6 风机拉索强度校核
• 3.3.7 风机立轴强度校核
• 4 达里厄型风机结构动力分析
• 4.1 概述
• 4.2 拉索的自由振动计算
• 4.2.1 拉索模型
• 4.2.2 拉索自由振动
• 4.2.3 拉索刚度计算
• 4.2.4 立轴杆身的自由振动
• 4.3 达里厄型风机模态分析
• 4.3.1 几何建模
• 4.3.2 结构模态分析
• 4.4 达里厄型风机瞬态动力学分析
• 4.4.1 瞬态动力学分析原理
• 4.4.2 瞬态动力学分析
• 5 达里厄型风机结构振动控制
• 5.1 概述
• 5.1.1 结构振动控制原理
• 5.1.2 结构振动控制方法
• 5.2 拉索振动控制
• 5.2.1 拉索振动控制措施
• 5.2.2 拉索接地阻尼器控制原理
• 5.3 考虑接地阻尼后的分析
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录