大型风力发电机组直锥形钢塔筒设计研究

发布时间：2017-09-05 16:06

  本文关键词：大型风力发电机组直锥形钢塔筒设计研究

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【摘要】：风力发电作为清洁可持续发展新能源受到人们的关注。塔筒是风力发电机组中的主要支承装置,其刚度、强度、稳定性和疲劳等性能决定了风机发电的性能。本文利用ANSYS有限元软件针对大型风力发电机组直锥形钢塔筒模态和焊缝强度进行分析,为大型风力发电机组直锥形钢塔筒结构设计提供指导。研究讨论风力发电机塔筒的设计要素。首先塔筒模态进行分析研究;另外对风机塔筒安全性能评估方法进行分析研究,主要在塔筒焊缝强度评估、塔筒焊接段结构屈曲分析和连接件强度评估方法的研究。塔筒模态研究主要是尽量得到风力发电机组塔筒在风机机头质量影响下的自振基频,为了避开风力发电机组正常运行中的叶轮转动激励,以免引起风力发电机组塔筒共振。本文模态研究主要采用Block-Lanczos方法,并结合数值模拟方法进行,模拟过程中塔筒模型采用壳单元,风力发电机组机头部分用点质量代替,计算过程中用弹簧单元来模拟地基刚度。风力发电机组塔筒安全评估按结构形式分为塔筒焊缝强度评估、塔筒焊接段结构屈曲强度评估和连接件强度评估。塔筒焊缝分为塔筒筒体焊缝和塔筒门框焊缝。塔筒屈曲强度评估根据塔筒结构特点按照薄壁圆筒屈曲理论来研究。塔筒连接件即连接塔筒段的法兰和高强连接螺栓,连接件强度评估分别考虑法兰强度和高强连接螺栓的强度。
【关键词】：风力发电机 塔筒 有限单元 强度
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 风力发电发展的现状8-10
• 1.1.1 国外风力发电发展现状8-9
• 1.1.2 国内风力发电发展现状9-10
• 1.2 风力发电机组塔筒的设计10-13
• 1.2.1 风力发电机组塔筒概述10
• 1.2.2 风力发电机组塔筒研究现状10-11
• 1.2.3 风力发电机组塔筒设计11-13
• 1.3 有限单元法与ANSYS有限元分析软件13
• 1.4 本论文研究内容13-15
• 第2章 塔筒模态分析15-26
• 2.1 钢管塔筒结构动力学方程15-16
• 2.2 钢管塔筒自振特性有限元分析方法16-19
• 2.2.1 弯曲振动的固有频率和振型的计算方法16-17
• 2.2.2 模态求解的分块LANCZOS法17-19
• 2.3 钢管塔筒自振特性参数分析19-25
• 2.3.1 计算模型19-22
• 2.3.2 计算结果与分析22-25
• 2.4 结论25-26
• 第3章 塔筒结构计算方法分析26-40
• 3.1 塔筒极限强度分析26-33
• 3.1.1 计算过程26-28
• 3.1.2 输入载荷28-32
• 3.1.3 计算结果32-33
• 3.2 塔筒稳定性分析33-37
• 3.2.1 计算方法简介33-35
• 3.2.2 计算结果35-37
• 3.3 塔筒焊缝疲劳强度分析37-39
• 3.3.1 简介37-38
• 3.3.2 塔筒水平环形焊缝的疲劳损伤计算38-39
• 3.4 结论39-40
• 第4章 塔筒门框计算方法研究40-47
• 4.1 门框极限强度分析40-41
• 4.2 门框焊缝疲劳强度分析41-46
• 4.2.1 最大主应力的计算43-45
• 4.2.3 疲劳强度计算结果45-46
• 4.3 结论46-47
• 第5章 塔筒连接件计算方法分析47-65
• 5.1 连接件法兰极限强度分析47-55
• 5.1.1 法兰极限强度计算方法47-53
• 5.1.2 法兰极限强度计算结果53-55
• 5.2 连接件螺栓的极限计算研究55-59
• 5.2.1 法兰—螺栓系统的弹性刚度55-56
• 5.2.2 螺栓应力计算56-57
• 5.2.3 螺栓极限强度计算结果57-59
• 5.3 连接件螺栓的疲劳强度分析59-64
• 5.3.1 螺栓疲劳强度计算方法59-62
• 5.3.2 螺栓疲劳计算结果62-64
• 5.4 结论64-65
• 总结与展望65-67
• 参考文献67-70
• 致谢70-71
• 攻读硕士学位期间发表的硕士学位论文71

【共引文献】

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本文编号：798931