风力机空气动力学5(载荷与振动)

1、 一、风力机叶片的加工与连接 二、风力机的载荷 三、风力机的振动 四、风力机的结构动力学简介风力机载荷与振动风力机载荷与振动1 1、风力机叶片加工与连接、风力机叶片加工与连接叶片材料玻璃纤维(GRP)、碳纤维(CFRP)等。叶片模具叶背与叶盆分离的两部分，再粘接。叶片结构蒙皮(胶衣层、纤维层、双向纤维强度层等：提供气动外形，并抗弯曲与剪切)、主梁(单向承载能力强的纤维材料)及填充(聚氨酯的硬质泡沫塑料：防局部失稳或过大变型)的结构。叶片铺层用纤维层铺在模具上(可事先浸润)，再注入聚酯树酯或环氧树酯(真空吸注法)。 “三明治”结构叶片后缘常采用，是在内、外纤维铺层间放入轻木层；通过适当加工，使树

2、酯固化；再将叶型的两个部分粘接在一起。(1) (1) 风力机叶片的加工风力机叶片的加工风力机载荷与振动风力机载荷与振动1 1、风力机叶片加工与连接、风力机叶片加工与连接风力机载荷与振动风力机载荷与振动1 1、风力机叶片加工与连接、风力机叶片加工与连接风力机载荷与振动风力机载荷与振动(2)(2)风力机叶片的连接风力机叶片的连接叶片叶尖部分：叶片叶尖部分：90%90%半径区域半径区域CpCp最大，故高升最大，故高升阻比的要求很重要。阻比的要求很重要。叶片叶根部分：速比低，为保证半径方向转叶片叶根部分：速比低，为保证半径方向转矩相等，要求矩相等，要求弦长、叶厚、攻角大弦长、叶厚、攻角大 等。等。叶片

3、根部连接：通过金属法兰边与轮毂相连。叶片根部连接：通过金属法兰边与轮毂相连。连接型式1：叶根埋放带螺孔的金属圆筒。连接型式2：所谓的“宜家螺栓”连接。风力机载荷与振动风力机载荷与振动(2)(2)风力机叶片的连接风力机叶片的连接风力机载荷与振动风力机载荷与振动(2)(2)风力机叶片的连接风力机叶片的连接2 2、风力机的载荷、风力机的载荷风力机载荷与振动风力机载荷与振动载荷1：重力载荷载荷2：惯性载荷载荷3：气动载荷载荷4：操作载荷及其他(1)(1)风力机载荷的分类风力机载荷的分类2 2、风力机的载荷、风力机的载荷风力机载荷与振动风力机载荷与振动摆振：旋转面内的弯矩(周向)挥舞：旋转面外的弯矩(轴

4、向)俯仰：纵向的转矩(上下俯仰)偏移：横向的转矩(左右偏移)扭振：沿某轴的转矩(扭转)(2)(2)风力机载荷的效果风力机载荷的效果2 2、风力机的载荷、风力机的载荷风力机载荷与振动风力机载荷与振动(2)(2)风力机载荷的效果风力机载荷的效果2 2、风力机的载荷、风力机的载荷重力载荷重力载荷风力机载荷与振动风力机载荷与振动2 2、风力机的载荷、风力机的载荷重力载荷重力载荷风力机载荷与振动风力机载荷与振动2 2、风力机的载荷、风力机的载荷惯性载荷惯性载荷风力机载荷与振动风力机载荷与振动2 2、风力机的载荷、风力机的载荷惯性载荷惯性载荷风力机载荷与振动风力机载荷与振动2 2、风力机的载荷、风力机的载

5、荷气动载荷气动载荷风力机载荷与振动风力机载荷与振动轮周力与轴向推力轮周力与轴向推力挥舞、俯仰挥舞、俯仰偏航力偏航力 摆振、轴向推力弱摆振、轴向推力弱( (有利有利) )风切变风切变三叶片风轮能自平衡摆三叶片风轮能自平衡摆振；但会产生俯仰振；但会产生俯仰塔影效应塔影效应叶片周期性转过塔架叶片周期性转过塔架( (风扰动风扰动) )、塔架卡门涡街、塔架卡门涡街( (前扰前扰) )阵风与湍流阵风与湍流强度、频率不稳定强度、频率不稳定2 2、风力机的载荷、风力机的载荷操作载荷及其他操作载荷及其他风力机载荷与振动风力机载荷与振动制动载荷制动载荷 影响惯性载荷，产生附加载荷；影响惯性载荷，产生附加载荷；变桨

6、调节变桨调节 附加载荷，特别是失效工况；附加载荷，特别是失效工况；偏航调节偏航调节 附加载荷，特别是失效工况；附加载荷，特别是失效工况；变流器故障或发电机短路变流器故障或发电机短路逆向传至叶轮；逆向传至叶轮；其他载荷其他载荷 如，覆冰、失速、台风破坏等。如，覆冰、失速、台风破坏等。3 3、风力机的振动、风力机的振动风力机载荷与振动风力机载荷与振动自由振动自由振动激振力等于零时，由初始条件激振力等于零时，由初始条件所决定的振动，如紧急停车过程中叶片振动。所决定的振动，如紧急停车过程中叶片振动。受迫振动受迫振动即所谓的激振，如叶片即所谓的激振，如叶片( (叶片叶片- -传动系统传动系统) )激振、

7、机舱激振、机舱- -塔架系统激振等。塔架系统激振等。自由振动频率又称固有频率：从自由振动频率又称固有频率：从结构和材料上进行改善。结构和材料上进行改善。激振的表示：振幅时程曲线、振动模态曲线及频激振的表示：振幅时程曲线、振动模态曲线及频率分布曲线率分布曲线( Compell( Compell Diagram Diagram，即坎贝尔图，即坎贝尔图) )。3 3、风力机的振动：时程曲线、风力机的振动：时程曲线风力机载荷与振动风力机载荷与振动3 3、风力机的振动：振动模态曲线、风力机的振动：振动模态曲线风力机载荷与振动风力机载荷与振动3 3、风力机的振动：坎贝尔图、风力机的振动：坎贝尔图风力机载荷与振动风力机载荷与振动风力机载荷与振动风力机载荷与振动(1) (1) 风力机的振动：叶片坎贝尔图风力机的振动：叶片坎贝尔图风力机载荷与振动风力机载荷与振动(2) (2) 风力机的振动：塔架贝尔图风力机的振动：塔架贝尔图风力机载荷与振动风力机载荷与振动(3) (3) 风力机的振动：系统坎贝尔图风力机的振动：系统坎贝尔图3 3、风力机的振动：坎贝尔图、风力机的振动：坎贝尔图风力机载荷与振动风力机载荷与振动低倍频对振动影响大若低倍频与固有频率重合，将发生较强的共振。高倍频的激振力弱些对振动的影响较小。避免某倍频，特别是低倍频与固有频率的交点离开20%以外：确定合理的转速范围。注意考察振动幅度较