大型风力发电机旋转叶片结构动力特性分析.pdfVIP

第 卷 第 期 33 11 可再生能源 Vol.33 No.11 年 月 2015 11 Renewable Energy Resources Nov. 2015 大型风力发电机旋转叶片结构 动力特性分析 胡国玉， 孙文磊， 金阿芳 （新疆大学 机械工程学院， 新疆 乌鲁木齐 830047 ） 摘 要： 大型风力发电机叶片的结构动力特性是叶片结构设计时考虑的重要方面， 其固有自振频率对于整个 风力机的安全运行具有重要意义。 文章基于现代柔性多体动力学理论和有限元数值分析相结合的方法， 对 5 MW 风力发电机叶片的固有振动特性进行分析。 结合复合材料叶片结构特性及结构参数，建立了5 MW 风机复 合材料叶片有限元模型，计算了考虑动力刚化及阻尼效应影响下的固有频率和振型，揭示了动力刚化效应对叶 片固有频率的影响规律；并结合坎贝尔图，对叶片进行了共振分析，为叶片的结构设计及优化提供了参考依据。 关键词： 风力发电机； 复合材料叶片； 动力刚化； 模态振型； 坎贝尔图 中图分类号： 文献标志码： 文章编号： （ ） TM614 A 1671-5292 2015 11-1652-06 DOI:10.13941/ki.21-1469/tk.2015.11.010 0 引言 变，因此，在叶片外形、结构形式和厚度确定的情 随着风力发电机不断朝着大型化方向发展， 况下， 要使叶片的固有自振频率不落入共振区， 叶片的柔性和几何非线性增加、结构刚度降低，在 需要确定叶片结构的振动特性，即固有频率和振 ， [5] [6] 气动载荷作用下易产生振动和变形， 随之而来的 型 。 综上所述，在大型风力发电机叶片结构设 就是共振风险。共振能引起剧烈的载荷，轻则减弱 计中考虑其复合材料结构特性， 分析叶片与刚 控制系统效能， 重则可导致叶片结构失效甚至断 度、阻尼和质量等固有振动特性相关的稳定性以 裂，尤其当遭受阵风或极限载荷时，产生失效破 及刚度共振等问题越来越重要。 ， [1] [2] 坏 。 近年来，复合材料在风机叶片上的应用越 此外，大型风力发电机叶片在旋转时，产生 来越广泛，使得叶片材料朝着低成本、高性能、柔 惯性离心力，使得叶片绕旋转轴旋转时产生动力 [3] 性化和轻量化的方向发展 。为了避免大型风力机 刚化现象，从而影响叶片的刚度和自振频率。 因 叶片在复杂的外在激励作用下产生共振， 研究风 此，在研究旋转叶片的动力特性时，需要考虑动