双叉式叶尖结构风力发电机的设计与外特性分析

采用Wilson设计法,选择NACA4412翼型,应用MATLAB软件设计了300 W双叉式叶尖结构风力发电机。应用Profili软件生成风力发电机叶片截面,应用Unigraphics软件进行三维建模,并通过三维加工设备进行叶片制作。在B1/K2型低速直流风洞中进行双叉式叶尖结构风力发电机的外特性测试,与未改型叶尖结构风力发电机进行对比,表明双叉式在6 m/s、8 m/s、10 m/s三种来流风速下输出功率依次提高14.15%、4.60%、6.84%,确认叶尖结构具有良好的气动性能。     

V形叶尖叶片结构对风力发电机固有频率影响的研究

对新型V形叶尖叶片进行模态分析,测量叶片的振动信号,得到叶片的振型、阻尼比和固有频率,并与未改型叶片对比,确认新型V形叶尖叶片固有频率提高较为显著,抗扭转性能佳,具有良好的结构动力学特性。     

基于有限元法的风力发电机塔架模态分析

针对某大型风力发电机组,通过ANSYS有限元软件对其建立有限元模型,对风力发电机塔架进行模态分析,确定其固有频率和振型,比较塔架的固有频率与风轮的工作频率或风轮3倍的工作频率之间的相对差,计算结果表明,塔架为刚性塔,不会与风轮产生共振,且弯曲振动为塔架的主要振动形式,为作进一步的动态分析提供了理论依据。     

风力发电机叶片振动特性有限元分析

风力发电机叶片是一种细长的弹性体结构,运行时容易发生振动和变形,严重影响风力发电机的平稳运行。运用有限元数值方法研究风力机叶片的振动特性,利用模态分析法研究了叶片的静频和动频特性,获得了叶片的前6阶振动频率和相应振型。表明挥舞和摆阵是叶片的主要振动形式;在一定来流风速和转速作用下对叶片进行有预应力的振动特性分析,获得了风速与转速的变化对叶片振动频率的影响规律。利用谐响应分析法研究在最大风压与转速作用下叶片的振动特性,获得了最大受迫载荷作用下,叶片位移频率响应的变化规律。     

风速对垂直轴风力机风轮气动性能的影响

不考虑连杆和转轴以及叶尖损失的影响,采用雷诺平均Navier-Stokes方程和k-ωSST湍流模型对直叶片垂直轴风力发电机风轮进行二维数值模拟,考虑风轮处于不同来流风速时,三叶片与五叶片风轮流场分布及压力场分布的异同。为后续研究提供良好的指导方向。     

离心力场作用下的燃气轮机压气机叶片振动模态分析

分析燃气轮机压气机叶片在离心力场作用下导致的动频相较于无载荷时的固有频率(静频)不同之处,求出叶片工作时的真实振型和共振频率对于提高叶片的动态性能有重要的作用。通过对某重型燃气轮机轴流式压气机某级动叶片的数字化建模和振动模态分析,分别计算得出了压气机叶片在无载荷、离心力场作用下的前六阶固有频率、动频及振型云图,分析了离心力场作用下叶片的应力分布状态,以及离心力场对叶片固有频率的影响。根据转子转速区间,分析了三种不同转速产生的离心力场对叶片频率的影响趋势。计算结果表明:离心力场使叶片产生动力刚化效应,使叶片的各阶动频相较固有频率有所增大;离心力场对基频影响最为显著,当转子转速为6000 r/min时,基频相对偏差达63.73%;动力刚化效应与转子转速呈正相关,叶片转速增大导致动频增大,且基频增大最为显著。     

基于遗传算法的小型风力机叶片优化设计与三维仿真分析

根据叶素动量理论(Blade Element Momentum theory,BEM)的Wilson方法建立了风力发电机叶片气动计算模型,并考虑叶尖损失、轮毂损失、叶栅理论及失速状态下动量理论的失效的修正。提出了基于MATLAB遗传算法工具箱,以风能利用系数最大为优化目标,对叶片弦长和扭角等参数进行优化设计的方法。在优化后得到叶片模型基础上,基于Fluent软件对三叶片风轮进行了三维仿真,得到了整机风轮压力分布与表面空气流速分布图,并得到了叶片的转矩值,据此计算求得风轮功率和功率系数,绘制了风轮功率及功率系数随风速变化的关系图。通过分析,表明基于遗传算法的风力机叶片优化设计方法是有效可行的,能有效提高风能的利用率,对风力机叶片的设计、改型和研发工作具有指导意义。     

阻力型垂直轴风力发电机风轮结构的优化设计

为了解决传统阻力型垂直轴风力发电机存在的风能利用率偏低、起动性能欠佳等问题,对其风轮结构进行优化设计。在分析问题成因的基础上,基于结构力学和空气动力学原理,通过采用半圆筒叶片、四分之一圆筒屏障板,优化风轮转轴、叶片布局、叶片相对尺寸等措施对风轮及其辅助装置进行结构上的改进,得到阻力型垂直轴风力发电机风轮模型。样机对比实验表明,改进后的阻力型垂直轴风力发电机的风能利用率得到提升,起动性能明显改善。     

航空发动机压气机转子叶片频率转向特性研究

针对航空发动机压气机转子叶片的结构和工作特点,通过有限元方法对叶片进行模态分析,研究叶片的"频率转向"和"振型转换"现象,揭示了动频曲线转向趋势和振型耦合规律,并讨论了温度场对叶片"频率转向"特性的影响,分析叶片动频特性的详细变化规律,为叶片振动特性设计与考核提供了理论基础。     

基于有限元理论的某750kW塔筒-基础动力特性分析

建立750kW风力机组塔筒-基础的有限元模型,采用分块Lanczos法对模型的模态进行了分析,在得到了模型的固有频率和振型的基础上,对风轮旋转诱发塔筒的共振进行了分析。研究结果表明,风轮旋转不会引起塔筒与风轮共振。     

刹车盘对双定子风力发电机主轴振动的影响

作为双定子风力发电机的关键部件,主轴的振动特性直接关系到机组的工作性能。为获得发电机主轴的振动特性,从转子动力学理论出发,应用有限元软件ANSYS对两种结构主轴进行了模态分析,研究了两种结构主轴的固有频率和振型、及振动的特点。分析得到：刹车盘对主轴结构的第一阶固有频率影响不大,但是对主轴结构的振型有较大影响,为发电机主轴及整体结构的设计提供了理论依据。     

2 MW风电塔筒的力学分析和结构优化

针对大型风电塔筒在风轮激励下容易发生共振、导致塔筒结构受损的问题,结合风力塔筒的结构特点及受力特征进行仿真分析.通过建立有限元模型进行静力学分析和模态分析,分别确定了塔筒的最大应力、塔顶位移和固有频率及振型.结果表明:塔筒的应力、位移均符合安全要求,而风轮的激励频率和塔筒的固有频率接近会导致结构发生共振.需对结构进行优...     

小型风力机叶片模态特性及强度分析

以600W水平轴风力发电机(HAWT)叶片为研究对象,基于结构动力学和空气动力学相关理论,利用有限元ANSYS分析软件,首先对叶片在静止和不同转速下的模态特性进行分析和比较,然后根据风力机叶片所受载荷的主要形式,将载荷施加到风力机叶片上,对叶片进行强度分析。结果表明:叶片在旋转状态下的固有频率高于叶片在非旋转状态下时的固有频率,而振型在两种状态下相似。叶片受到载荷后,叶片中部(特别是中部前缘)是叶片易损部位。研究结果对风力机叶片的动力学分析、优化设计及疲劳分析有一定的指导意义。     

风力机结构动力学新模型与动态响应求解计算

由于风力机所受风力来流的随机性和风力机结构的复杂性,风力机在随机风载荷下的动力学行为分析一直是风电行业急需解决的难题之一。采用刚体有限元法,将柔性塔架与叶片通过刚体单元与弹性阻尼节点进行离散,建立了风力发电机结构动力学新模型,利用模态叠加原理与Newmark法对动态特性进行了求解计算,编制相应的MATLAB仿真程序。以某型NERL 1.5MW风力发电机组为例,研究了固有频率及振型,湍流风条件下的位移、速度响应。计算结果同风力机软件GH-Bladed数据对比。结果表明:刚体有限元法建立的动力学模型准确可靠,适用于风力发电机的动力学分析计算。     

叶尖小翼对3MW风力机叶片模态分析的影响

作为风力机的重要部件,叶片为一容易发生振动的细长弹性体。叶尖小翼虽可增加风力机的输出功率,但必然对叶片结构强度产生影响。选定叶片的材料参数,应用Ansys软件对带小翼与不带小翼叶片进行模态分析,确定叶片结构的固有频率和振型等振动特性。并对各阶模态结果进行对比分析,得出在重力作用下叶尖小翼对风力机叶片模态特性的影响。结果表明,叶片叶尖加小翼虽然对叶片的模态特性产生一定影响,但不会发生共振,符合强度要求。     

风力发电机叶片气动特性数值模拟

建立小型风力发电机叶片的三维流场模型,运用流体软件(FLUENT)分析旋转叶片在不同风速作用下的流动特性及气动特性的变化规律。结果表明:随风速的增大,叶片失速现象越严重,叶尖处的压强和流速均达到最大值;同时,风力发电机输出功率增大,叶尖速比和风能利用系数都减小。利用风能实验平台对小型风力发电机进行了实验测试,将所得数据与数值模拟结果进行对比分析,验证了数值模拟方案的准确性和有效性。     

复合材料风力发电机叶片的流固耦合分析

为研究风力发电叶片在工作过程中的应力状态和变形情况,以某一水平轴风力发电机的风轮叶片模型为研究对象,运用Ansys Workbench软件平台中的流体力学计算软件CFX,对不风速和叶厚下的复合材料风力发电叶片进行了流固耦合数值模拟,并对不同工况下叶片的应力及变形情况进行了分析比较。结果表明:叶片上距离叶根约2/3叶高处有明显的应力集中,容易发生疲劳断裂;且叶尖部位有较大变形。模拟计算结果与工程实际相一致,可对工程实际中风力发电叶片的设计和制造提供一定的指导。     

离网型300W风力发电机自动偏航控制系统的研究

以离网型300W风力发电机为研究对象,根据风向与风力发电机的风轮轴线发生偏离时,风力发电机的风轮转速变慢而发电机的输出电压也随之变小的原理,提出了基于负反馈控制理论,用以检测风力发电机的输出电压,研究出一种能将风力发电机风轮与风向调整到一致方位的自动偏航控制系统。     

垂直轴风力发电机多参数效率实验及仿真

从影响垂直轴风力发电机风轮效率的诸多因素中选取了叶片数目n、安装角度α、叶片曲率半径R和叶片宽度B作为参数,采用正交试验与单因素轮换试验相结合法进行了多参数效率实验,得到叶轮直径320mm时,n=8,B=90mm,R=75,α=25°的一组最优参数值。并运用fluent软件对风机流场进行了仿真,经与实验结果对比,两者吻合良好,从而证明了仿真与实验结果相结合的方法的可行性。又运用仿真方法给出了垂直轴风力发电机风轮的参数选择依据,为以后的设计提供了参考数据。     

基于ANSYSWorkbench的风力发电机塔筒模态分析

风力发电机塔筒的模态分析对于避免风机整体共振、提高其安全稳定性具有重要的意义。运用Pro/Engineer软件对塔筒进行三维建模,通过ANSYS Workbench软件对风力发电机塔筒结构进行模态分析和额定风速下的预应力模态分析,从而求解出风力发电机塔筒结构的模态参数,并得到塔筒的固有频率和振型特征,进而评价该风机塔筒的振动特性。