某船用风力发电机叶片降噪设计.pdf

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1、第37卷第2期2015年2月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．37，No．2Feb．，2015某船用风力发电机叶片降噪设计桑露萍(潍坊科技学院，山东潍坊262700)摘要：为降低风力发电机叶片噪声，探索从形貌优化到降低风叶噪声的解决方案。根据薄壁结构高刚度形貌优化以提高某阶模态频率为优化目标的特点，通过对风叶结构模态分析，为形貌优化确定合适的目标模态。以风叶几何形状作为设计变量，体积作为约束函数，第一阶固有频率作为目标函数，对风叶结构进行了形貌优化。优化结果表明：改进后风叶第一阶固有频率值由42．3Hz提高到57．6Hz，提高了36．2％。在

2、相同的激励下，优化得出的结构具有更多的振动衰减时间，从而达到减少振动以及噪音的目的。关键词：形貌优化；有限元；风力发电机；噪声中图分类号：TK83文献标识码：A文章编号：1672—7649(2015)02—0156—04doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2015．02．034AwindturbinebladenoisereductiondesignSANGLu—ping(WeifangUniversityofScienceandTechnology，Weifang262700，China)Abstract：Atopographyoptimization

3、approachwasproposedtoreducethenoiseofthewindturbineblade．Asincreasingonemodefrequencywasthehighrigidityoptimizationobjectivefortopographyoptimization，appropriateoptimizationobjectivewasdeterminedbyconductingamodalanalysis．Consideringthebladeshapeasdesignvariables，volumeasconstraintfunction，

4、andmaximizethefirstmodeasobjectivefunctionofthetopographyoptimizationusingoptistruct．Theresultsshowthatthefirstordernaturalfrequencyincreasedby36．2％．Theoptimizedbladestructurewillhavemorevibrationdecaytimeunderthesameexcitation，SOastoachievethepurposeofreducingvibrationandnoise．Keywords：top

5、ographyoptimization；finiteelementmethod；windturbineblade；noise0引言风力发电是技术成熟，具有大规模发展潜力的可再生能源。目前该技术在舰船设备上已有所应用⋯。舰船噪声作为其使用性的一个重要指标开始受到越来越多的关注旧。。因此，风力发电机的振动噪声控制成为发电机结构设计领域的又一热点。风力发电机是由薄板制造而成，刚度小，面积大，很容易与跟它相连的船体部件发生共振，辐射噪声较大。因此，有效降低风力发电机叶片噪声成为风力发电机优化设计的重要目标。舰船振动和噪声控制一般从降低噪声源与控制噪声传播途径两方面进行。目前，在控制噪

6、声传播途径方面已有较多的应用研究，但其研究对象多集中于阀、管路等结构¨。’。抑制噪声源方面的应用研究仍然较少。随着各种优化算法的不断完善，出现了一些新的优化设计方法。其中形貌优化是一种形状最佳化的方法，即在板壳结构中寻找最优的加强筋分布的方法来改变结构的频率与强度。由于风叶结构为薄壁结构，以往在工程实践中提高风叶结构频率减少振动以及噪声往往是通过增加脊梁的方法，但是这样会使得风叶结构质量大幅增加，增加成本的同时也会使得风叶工作可靠性降低。采用形貌优化对风叶结构进行优化得出的结果，大多可采用冲压工艺实现，该方法对结构的质量影响很小，并且对于已经成型的产品，仍然有较大的改造空间。

7、本文将基于形貌优化方法，结合结构模态分析，为风叶结构形貌优化选择合适的目标函数进行优化。收稿日期：2014—07—08；修回日期：2014—11—12作者简介：桑露萍(1970一)，女，讲师，研究方向为机械设计与制造。第2期桑露萍：某船用风力发电机叶片降噪设计·157·1有限元模型建立某船用风力发电机结构如图1所示，主要由6片风叶组成，每片风叶通过2个风叶支架与风力发电机壳体进行连接。风叶有薄钢板冲压而成，成为一直径为220mm的半圆筒状结构，长度为l200mm。为简化问题，本文采用Ug软件对其中一片风