兆瓦级风力发电机组塔架结构优化设计

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1、维普资讯http://www.cqvip.com上海电力2007年第5期兆瓦级风力发电机组塔架结构的优化设计顾岳飞(上海电气风电设备有限公司，上海200241)摘要：利用有限元分析，研究了风力发电机组塔架的动态特性及影响因素，并采用仿真技术对兆瓦级风力发电机组塔架进行了静态和动态分析。为优化塔架的结构参数，采用正交设计对其结构尺寸进行了优化。关键词：风力发电机组；塔架；有限元分析；固有频率中图分类号：TK83文献标识码：B以防止共振和动力失稳造成对结构的破坏。所1引言以，在设计塔架时需通过动态仿真技

2、术，对塔架的风力发电机组塔架受到多种载荷的共同作结构参数进行具体分析。用，除了要支撑风力机自身的重量(风轮和机舱)仿真设计技术是建立在国际通用的大型软件平和叶片旋转时产生的动载荷之外，还有自然风的台之上，它是将计算机辅助设计技术、有限元技术和作用。塔架的变形和振动，不仅会增大附加应力数据的前后处理技术有机地结合在一起，使用三维和降低整个系统结构强度，还可能影响到其它部软件建立模型，通过加载进行计算后，可知道所设计件的变形，导致性能下降。零件的强度如何，结构是否合理，直至其动态性能。风力发电机组塔架应

3、满足动力学设计要求，如果不合理，可进行修改，直至得到满意地结果。型式下工况二结构各部分应力情况要高于工况参考文献：一，其中工况二支持翼的最大VonMises等效应[1]严强，蒋超奇．垂直轴风力发电机的发展趋势和应用EJ3．上力是工况一的2．47倍，工况二下的叶片纵向最大海电力，2007(2)．[2]熊礼俭．风力发电新技术与发电工程设计、运行、维护及标应力是工况一的1．6倍，因此结构的设计主要由准规范EM3．北京：中国科技文化出版社，2003．工况二(即暴风工况)来控制。在该工况下，对系E33张国铭．

4、论兆瓦级垂直轴风力发电机的合理性[J]．风力发统的各部件局部进行优化设计，可最终确定产品电，2001(4)．的结构尺寸。E43张富昌．几种新式立轴风力机设计方案[J]．新能源，1998表1结构变形及结构应力(9)．E53赵继华．旋流式立轴风力机运行原理及特性EJ3．可再生能工况整体结构支持翼等效叶片纵向最叶片周向最轴等效应力变形／mm应力／MPa大应力／MPa大应力／MPa／MPa源，2002(4)．9．89870．722．15．769E63蒋超奇，严强．水平轴与垂直轴风力发电机的比较研究EJ3．1

5、0．764174．4534．6925．658137．774上海电力，2007(2)．[7]上海麟风风力发电设备有限公司．垂直轴风力发电机组3结论Es3．上海市企业标准(Q／TNJH012[)(】7)．E83陈精一，蔡国忠．电脑辅助工程分析ANSYS使用指南[M3．(1)主轴组件为整个H型垂直轴风力发电北京：中国铁道出版社，2001．机重要的承力构件，发电机转子仅承受风轮传递Eg?博弈创作室．APDL参数化有限元分析技术及其实用实例的扭矩。EM3．北京：中国水利水电出版社，2004．收稿日期：2007

6、—09—26(2)刹车装置是风力发电机系统保证安全停作者简介：牛海峰(1977一)，男，山西人，硕士研究生，工程机、检修等必不可少的部件。师，从事垂直轴风力发电机材料和结构CAE分析，021～(3)结构强度设计要比较不同运行工况荷载5236005l；张冬(1979一)，男，安徽人，本科，工程师，从事组合，确定结构的最不利工况，结构必须能够满足垂直轴风力发电机械设计及工艺研究，O21—52360051。该工况下的安全性设计。(责任编辑：杜建军)一5】8～维普资讯http://www.cqvip.com

7、2007年第5期上海电力由于仿真设计中不需要制造实物样机，样机p——空气密度，kg／m。；的性能检测可采用先进的数值模拟技术完成，加S——风轮扫风面积，m。快了设计的进度和可靠性。风力机停机时作用在风轮迎风面积上的轴向力可用式(2)表示：2塔架固有动态特性的影响因素F一1／2XCA(2)2．1塔架的结构特点式中C——空气动力系数，C一1．6；V——风速(50年最大阵风风速)；兆瓦级风力发电机组塔架一般为锥筒钢结构A——风机迎风面积，m。形式，在进行有限元分析时，单元应采用壳单元。计算式(1)与式(2

8、)，通过比较，取其最大值进机组在实际运行中，塔架顶部短舱的回转下支座行静力分析。刚度大，变形很小，因此与之相连部分的塔架变形3．2有限元静力分析也很小。为使所建立的有限元模型与实际尽可能应用式(1)与式(2)计算出的风力机承受的最接近，故而在三维建模时，顶部加了附加圆形板单大轴向力及各部件的重量，对塔架强度进行校核，元。这样建立的塔架模型在进行有限元分析时，利用三维软件提供的结构静力分析来研究此问其计算结果能与实际情况达到最大的吻合。同题。塔架的受力情况如图1所示。时