基于有限元的风力发电机转子系统动特性分析.pdf

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1、第9期机械设计与制造2010年9月MachineryDesign&Manufacture163文章编号：1001—3997(2010)09—0163—03基于有限元的风力发电机转子系统动特性分析杨晓红葛海涛(华北电力大学机械工程系，保定071003)AnalysisonrotordynamiccharactersofaerogeneratorrotorsystembasedonfiniteelementYANGXiao-hong，GEHai-tao(DepartmentofMechanicalEngineering，NorthChinaElectr

2、icPowerUniversity，Baoding071003，China)中图分类号：TH12，TM315文献标识码：A1引言分析，总结了前十阶模态的分布规律。这些文献大多只关注转子本体的动特性参数，未考虑转子的附加元件。目前尚无对风力发电近年，风力发电技术得到了很大的发展。作为可再生能源，风机转子系统进行动特性分析的相关文献出现。将在参考以上文力发电技术的发展可以很大程度上缓解能源危机～。一对风一力发一电机一一一一一～一～～献的基础上对风力电机转子进行有限元建模和模态求解分析。组零部件的相关特性研究以保证机组的安全稳定运行具有积极意义。2风力发

3、电机转子的运动方程在风力发电机组中，发电机是实现能量转换的核心部件。风根据文献，可将转子分布质量按一定规则聚散成Ⅳ个集力发电机有同步式和异步式两种，其转子有内转子和外转子两种中质量节点，节点之间用(^L1)个不计质量的弹性轴段连接。各类型。在风力发电机转子系统的动特l生参数中，临界转速以及各节点质量为m，各轴段长度为，J，截面惯性矩为，材料弹性模量阶振型是动特性参数中最为重要的部分。转子系统一般包括转子为E，支撑处节点刚度为k，基于传递矩阵理论有：和转子端部风扇两部分。临界转速的实测要通过安装在轴承上的1000速度传感器或轴瓦附近的涡流传感器测取振

4、幅和相位得到波特0100图后再获得，很不方便；而通过传统模态理论计算所得到的计算M0010M值不仅计算量大而且无法保证计算的精度。采用有限元方法计算—6，—001发电机转子系统的临界转速与各阶振型不仅可以保证一定的精式中：列阵右上角的R一该列阵为右端参数列阵；一为左端参度，而且简单易行，可快速获得转子对应的各阶临界转速与振型，数列阵；列阵下角—对应于任意节点i均成立；—扭转对于风电工作人员计算转子临界转速，确定具体切除风速和机组角；一弯矩；V—扭矩；—位移。维护等有很大帮助。结合转子左右两端边界条件，写成式(2)形式：文献【-对旋叶式空调压缩机转子

5、进行了模态分析，得出了该Ml=：01}(转子前十阶的固有频率和振型；文献日计算了600MW汽轮发电2)LRI机组低压转子一轴承系统的固有频率和临界转速；文献对某发动l=Ⅳ=0J机齿轮转子进行了模态分析，并研究了螺栓过盈配合对齿轮转子同时由式(1)及式(1)计算结果余量，并得到结果的余量曲模态的影响；文献对高速定转子均质机的转子叶片进行了模态线R()，()为零的转速即为临界转速∞-R来稿日期：2009—11-15164杨晓红等：基于有限元的风力发电机转子系统动特性分析第9期在定义风扇边界约束时，将扇盘上介于两个弧面之问的平面3模型的建立与简化定义为轴

6、对称约束，同时约束扇盘内弧面上所有节点的1．I,X、uy自风力发电机有同步式和异步式两种，研究异步式风力发电由度，释放和rotz自由度，最后约束扇盘正反两面上径值在机，为内转子结构，如图1所示。40ram以下节点的w自由度，释放aN、uy和rotz自由度。这样，风扇的边界约束便与实际约束情况相对应。4求解结果分析4．1求解方法选取在有限元通用软件中，对模态分析的求解方法有BlockLanczos(分块兰索斯)法、subspace(子空间)法、powerdynamics(动力)法、reduced(凝聚)法、unsymmetric(非对称)法以及dam

7、ped图1风力发电机总体结构(阻尼)法等。对风力发电机转子系统采用通用有限元软件ANSYS进行模通常采用的较多的为子空间法、分块兰索斯法和凝聚法三态分析。对于转子，采取自底而上的建模方法，先建立关键点，生种，其中子空间法求解精度较高但计算速度慢，适用于大型对称成线后在梁单元截面控制中设置不同的截面尺寸分别对不同的特征值求解问题。凝聚法计算速度较快但精度较低，计算结果的轴段进行网格剖分。选用beaml88二节点三维梁单元，该单元的精度和速度取决于所选取的主自由度的数目和位置。分块兰索斯每个节点有沿x,y、轴平动、uy、1XZ和绕、y、轴转动rotx、

8、roty法的求解精度较高，计算速度也较快，并且与子空间法有同等适和rotz共六个自由度，非常适合线性、大角度转动和非线性大