风力发电塔架的分析与灾变控制研究

发布时间：2020-07-17 22:46

【摘要】：随着风电产业的快速发展,高成本的大型兆瓦级风力发电机组在面对极端复杂的灾害时,需要有更高的安全性,所以研究分析大型风机在极端工况下的响应及工作状态具有很大的现实意义。本文根据某3MW级水平轴风力发电机的相关参数,通过相关的设计方法,建立了相应的风力发电机模型。利用Workbench有限元软件,对风力机模型进行了流固耦合分析,得出流场及结构在额定风速下的响应结果。对不同风速下结构的响应结果进行分析,进而对结构进行优化,并加以论证。同时,对风机结构进行了模态分析及地震响应分析。得出结论如下:(1)风机结构在风荷载作用下,叶片的最大位移出现在叶尖,最大应力出现在叶片中间部位;塔筒的最大位移出现在塔顶,最大应力出现在塔架底部前端。风速达到切出风速时,塔筒达到位移限值。随着风速增大,塔筒的最大应力和位移有所增加,但增加比例随风速增大而减小。(2)本文对风机的功率和安全调节所做出的优化设计不仅有利于调节风机的输出功率,在极端风况下可以有效降低塔架的应力和位移,提高塔架的抗风能力和安全性,同时优化后的质量集中可以有效降低外界荷载导致的结构振动。(3)模态分析中风力发电机质量点简化模型的前两阶模态与完整模型接近,可作为模态分析简化方法,无质量点模型与完整模型模态偏差较大。是否考虑质量点的偏心对模态的分析结果影响不大。(4)塔架在地震荷载作用下,同样地震大小,纵向地震作用比横向地震作用对塔架的影响更大。与极大风速的塔架应力和位移对比,风荷载对塔架整体位移和塔底应力起控制作用,地震荷载对塔顶应力起控制作用。质量点简化模型与完整模型的地震响应对比差距较大,不宜作为地震分析的简化模型。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM315
【图文】：

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需要我们积极探索发展绿色清洁的能源，才能满足地球和人类的可能源不仅有利于环境的保护和改善，同时满足可持续发展的需求，可谓是[1]。作为一种新的清洁能源，具有可持续性和可再生性，目前已进入大规模有非常好的发展前景。风力发电可以高效地利用风能，同时具有建设时间优点，已成为风能的主要利用形式。随着全世界对气候变化、环境污染等问题的逐渐重视，多数国家正加速研究和发展风力发电技术，将其作题的重要途径之一。主要表现为：风力发电技术作为发展速度最快、应新能源发电技术，实现了在全球范围内的大规模应用[2]。长期的发展，风力发电行业已经历了多年的稳步快速增长，装机容量持计，仅 2016 年全球市场新增风机装机容量超过 54.6GW，累计容量。从市场份额上看，美国、中国、德国、印度占据主导地位，法国、荷国紧随其后，表现超预期。尽管在年新增装机上，2016 年稍低于创纪录的机总量已经十分庞大。

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图 1.2 2014-2016 年全球风电新增装机区域结构（单位：MW）Fig. 1.2 2014-2016 year global wind power new installed regional structure (unit: MW)16 年中国在全球风机累计装机容量上占比 34.7%，位列第一。美国和德国别占比 16.9%和 10.3%。在新增装机容量上，中国依旧排在第一，这与中因为经济转型而大力扶持风力发电等清洁能源产业有很大关系。具体来看16 年新增风电装机容量 23328MW，风机新增装机容量占全球新增容排在第二位的是美国，新增风机装机容量为 8203MW，占全球风机新增装.0%。

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图 1.2 2014-2016 年全球风电新增装机区域结构（单位：MW）Fig. 1.2 2014-2016 year global wind power new installed regional structure (unit: MW)016 年中国在全球风机累计装机容量上占比 34.7%，位列第一。美国和德国紧分别占比 16.9%和 10.3%。在新增装机容量上，中国依旧排在第一，这与中国因为经济转型而大力扶持风力发电等清洁能源产业有很大关系。具体来看，016 年新增风电装机容量 23328MW，风机新增装机容量占全球新增容量；排在第二位的是美国，新增风机装机容量为 8203MW，占全球风机新增装机5.0%。

【参考文献】