海上风力发电机大尺寸高塔筒结构形式设计与研究

发布时间：2021-04-20 00:39

　　随着人类对风能资源利用的重视和风力发电技术的不断发展,关于风力发电机的研究正在朝着大尺寸和高能级的方向发展,相对于陆地而言,海上的风能资源更加丰富,所以近年来风电行业也由传统的陆上风电（onshore）逐步向海上风电（offshore）转型。由于风速和海拔高度有关,所以在一些高空风力资源较为丰富的风场中,风机高度的增加会导致机舱及塔筒所承受的风载变大,这就对风机的主要承载部件——塔筒的强度提出了更高的要求,因此对于如何提高风力发电机高塔筒的安全可靠性逐渐成为了热门的研究问题。本文主要通过对某兆瓦级风力发电机在应用中出现的塔筒强度不足以及涡激振动过大的问题进行分析,提出了在塔筒表面增设梯形扰流加强筋的新型塔筒结构形式,主要采用有限元法研究加筋板材上六个重要的梯形筋尺寸参数（基板厚度L1、筋高L2、筋宽L3、筋间距L4、筋角度θ和圆角α）对加筋塔筒的静强度以及涡激振动频率的影响规律,并与等质量的普通塔筒（无加强筋）进行对比,分别基于增加塔筒强度和减小涡激振动频率两种不同的目标函数提出满足要求的最优化筋形。研究发现,在相同的边界条件约束下,相较于无筋板材,加筋板材基板最大应力σR下降了 67... 

【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外风力发电机塔筒稳定性及涡激振动问题研究现状
        1.2.1 风力发电机塔筒的力学特性及涡激振动问题的提出
        1.2.2 风力发电机高塔筒静强度问题研究现状
        1.2.3 风机塔筒涡激振动问题研究现状
        1.2.4 梯形筋结构及新型风力发电机塔筒研究现状
    1.3 论文研究的主要内容
2 梯形加强筋影响塔筒强度的机理研究
    2.1 分析流程
    2.2 计算模型
    2.3 分析结果
        2.3.1 筋宽L3对于加筋板材的静强度影响规律
        2.3.2 筋间距L4对于加筋板材的静强度影响规律
        2.3.3 筋角度θ对于加筋板材的静强度影响规律
        2.3.4 筋高L2对于加筋板材的静强度影响规律
        2.3.5 圆角α对于加筋板材的静强度影响规律
    2.4 风机塔筒模型静强度计算
        2.4.1 理论分析
        2.4.2 建立风机塔筒计算模型
        2.4.3 边界条件设置
        2.4.4 分析结果
    2.5 本章小结
3 塔筒涡激振动理论分析及数值模拟方法
    3.1 塔筒涡激振动问题分析流程
    3.2 与圆柱绕流有关的参数及数学模型
        3.2.1 与圆柱绕流有关的参数
        3.2.2 圆柱绕流问题的数学模型
    3.3 塔筒涡激振动问题的数值模拟方法
        3.3.1 无筋塔筒涡激振动分析物理模型
        3.3.2 边界条件设置
        3.3.3 网格划分
        3.3.4 塔筒涡激振动数值模拟算法的合理性验证
    3.4 加扰流筋塔筒涡激振动数值仿真模拟
        3.4.1 筋角度θ对塔筒涡激频率的影响
        3.4.2 筋数（筋间距L4）对塔筒涡激频率的影响
    3.5 模态分析
        3.5.1 结构模态分析控制理论
        3.5.2 风机的模态分析
    3.6 本章小结
4 涡激振动问题的小型风洞实验研究
    4.1 实验目的
    4.2 实验流程
    4.3 实验原理
    4.4 实验装置
    4.5 实验结果分析
    4.6 本章小结
结论
参考文献
附录A 不同筋角度θ下的瞬时涡量云图和频谱图
附录B 不同筋数（筋间距L4）下的瞬时涡量云图和频谱图
致谢
作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果



本文编号：3148629