大功率风力机叶片模态及气动特性分析.pdf

2015年第43卷第 l2期 流 体 机 械 33 文章编号： 1005—0329(2015)12—0033—04 大功率风力机叶片模态及气动特性分析 周 丹 (攀枝花学院，四川攀枝花 617000) 摘 要： 对大功率海上风力机叶片模态特性和气动特性进行研究。建立了叶片翼型截面弯扭耦合运动微分方程，通过 翼型截面坐标变换和旋转拉伸在 UG中建立了国产某型6MW风力机叶片三维模型，运用 Ansys／BlockIanczos法计算了 叶片前6阶固有模态。在 Ansys／Workbench中搭建叶片流场仿真模型，讨论了风速和气动攻角等参数对叶片振动变形 的影响。结果表明各阶固有模态中叶尖部位的振型相对明显，随着风速和攻角增大 ，相同截面位置上的叶片振动变形逐 渐增大。 关键词： 大功率风力机；叶片；模态；有限元法；气动特性 中图分类号：TH43 文献标志码 ：A doi：10．3969／j．issn．1005—0329．2015．12．007 AnalysisofModalandAerod)rnamicofHigh-powerW indTurbineBlade (PanzhihuaUniversity，Panzhihua 617000，China) Abstract： Thisworkattemptstostudythemodalandaerodynamicofahigh—powerwindturbineblade．Themotiondifferentiale— quationwithbendingandtwistingcouplingvibrationofthebladeairfoilisestablished，a3D modelofwindutrbinebladeispresen— tedbasedontheUG softwarethroughcoordinatetransformation，thefirst6natural modalsof thebladeareobtmnedbasedonthe MSC／Patran．Th eflow fieldmodelofbladeisbuiltbyusingAnsys／Workbench，theeffectsofwindspeedandpneumaticangleof attackonthebladevibrationareanalyzed．Theresultsshow thatthevibrationmodesinthetipofthebladearemoreobvious，and thegreaterthewindspeedandangleof attack，thegreaterhtedefomr ationofbladevibrationatthesamecrosssectionposition． Keywords： high—powerwindturbine；blade；modal；finiteelementmethod；aerodynamic 1 前言 现代风力发电机组正在朝大型化方向发展。 理论的角度研究了叶片的气动性能。文献[8，9] 目前，我国可并网型风力机大多是2．5—3MW陆 将国产小型风力机叶片简化成一端固定的悬臂梁 上风力机，对于大功率的6～10MW 的海上风机 结构，利用ALGOR有限元程序来计算叶片模态。 正在研究阶段。叶片作为风力机 的关键部件 ，承 文献 [10]对国产2．5MW 风机叶片进行流固耦合 受着复杂载荷的作用，气动载荷的波动会引起叶 分析，研究了气动攻角对叶片振动的影响。对于 片振动，其动力学特性和可靠性的研究对风电机 大功率风机叶片其结构尺寸更大，且海上工况环 组的安全运行具有十分重要的意义 。国内外 境更加复杂，本文通过建立某型国产6MW 大型 学者对中小型风力机叶片的动力学特性已经开展 风力机叶片三维几何模型，采用 Blocklanczos法