风力发电机塔架结构模型设计与制作PPT课件.ppt

风力发电塔架结构模型设计与制作 1 风力发电塔架结构模型设计与制作 1 风力发电塔架 2 设计方案的制定 3 计算书 4 塔架模型结构的计算简介 制作由汪老师介绍 廖力 2 1 风力发电塔架 风能作为一种清洁的可再生能源 越来越受到世界各国的重视 其蕴量巨大 全球的风能约为2 74 109MW 其中可利用的风能为2 107MW 比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍 3 早期的风能利用 风车主要是通过风车来抽水 磨面等 4 人们感兴趣的是如何利用风来发电 上世纪三十年代 丹麦 瑞典 苏联和美国应用航空工业的旋翼技术 成功地研制了一些小型风力发电装置 当时的发电量较低 大都在5千瓦以下 5 上世纪七十年代 风力发电发展很快 1978年 美国在新墨西哥州的克莱顿镇建成了200千瓦风力发电机 其叶片直径为38米 丹麦日德兰半岛西海岸投入运行的风力发电装置 其发电量则达2000千瓦 风车高57米 6 进入21世纪 我国风力发电 有了长足的发展 7 8 9 10 风力发电机组 大体上可分转叶 包括尾舵 发电机和塔架三部分 11 塔架是支承转叶 尾舵和发电机的结构 它一般修建得比较高 为的是获得较大的和较均匀的风力 又要有足够的强度 塔架高度视地面障碍物对风速影响的情况 以及转叶的直径大小而定 一般在6 20米范围内 12 目前的风力发电机只是给电瓶充电 而由电瓶把电能贮存起来 人们最终使用电功率的大小与电瓶大小有更密切的关系 功率的大小更主要取决于风量的大小 而不仅是机头功率的大小 在内地 小的风力发电机会比大的更合适 因为它更容易被小风量带动而发电 持续不断的小风 会比一时狂风更能供给较大的能量 一台200W风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器的配合使用 获得500W甚至1000W乃至更大的功率输出 13 2 设计方案的制定 1 根据使用要求 确定结构形式 和结构布局 塔架结构示意图 模型塔架高度为800mm 平面尺寸不大于100mm 100mm 机舱模型外形尺寸为200mm 100mm 95mm 重量预赛为10kg 决赛为12kg 14 2 设计方案的制定 1 根据使用要求 确定结构形式 和结构布局 塔架结构示意图 机舱模型底部设置一凹槽100mm 95mm 5mm 底板上留有四个直径为8mm的贯穿孔洞 15 2 设计方案的制定 修改设计 1 根据使用要求 确定结构形式 和结构布局 尽量采用对称布局 初步设计 结构计算 3 绘制结构设计图平面图 侧视图 结构几何尺寸 主要构件截面几何尺寸 2 根据使用载荷 粗略的估算主要构件截面的尺寸 进行初步设计 载荷 机舱重量 风载荷 16 2 设计方案的制定 4 材料表包括 各种截面形式的材料数量 以及估算的模型重量 竹材每立方厘米重约为0 9克 例 2号杆截面4mm 6mm长度200mm根数4 17 结构设计竞赛 强调的是设计 而不仅仅是动手能力的比赛 计算书是结构计算 结构设计的依据 通过对主要受力构件的计算 得出结构的承载力和刚度 解决好材料的用量与安全性间的矛盾 3 计算书 18 计算书主要包括以下内容 一 结构的计算简图二 材料的力学性能三 主要承载构件的强度 刚度 稳定性 3 计算书 19 3 计算书 一 计算简图 计算模型 结构的几何尺寸 约束的情况 载荷的大小 方向及作用位置 载荷的计算方法等 主要受力构件 如 立柱 梁 板等 的横截面形状 尺寸 所使用的材料等 20 3 计算书 二 材料的力学性能 根据选用的材料及其实验资料 具有离散性 确定材料的许用应力 弹性模量 等 竹皮最大应力 60MPa 弹性模量E 104MPa 502胶水 21 22 三 主要承载构件的强度 刚度 稳定性 3 计算书 强度 根据主要承载构件的内力 确定其危险截面 根据危险截面的应力分布 确定危险点 根据危险点的应力状态 确定构件的强度 刚度 结构在载荷作用下 某些位置和方向的位移或转角代表 稳定性 轴向受压的杆 要考虑稳定性 23 压杆稳定 临界载荷Fcr 大柔度 细长 压杆 小柔度 短粗 压杆 Fcr sA 强度控制 中柔度压杆 略 24 压杆两端约束的影响 25 4 塔架模型结构计算简介 模型计算可以是比较精确的计算 对结构的力学模型的简化较少 可以利用计算软件计算 也可以通过简化 对主要受力构件作比较粗略的计算 26 4 塔架模型结构计算简介 以桁架设计方案为例 桁架的特点 均为拉压杆 受力均匀 能充分发挥材料的作用 机舱载荷 F1 风载荷 F2 北京地区基本风压 q 300N m2 27 风机型号与参数生产厂家 北京兴华通风设备有限公司名称 GXF B型高效低噪斜流风机型号 6 B转速 1450r min风量 11835m3 h全压 556Pa功率 3kW重量 114kg 间距 1m 28 29 4 塔架模型结构计算简介 1 空间结构 通用计算软件 例如 ANSYS等 30 4 塔架模型结构计算简介 或用小型软件 SMSOLVER 2 简化为平面结构 31 4 塔架模型结构计算简介 叠加法 3 简化的计算 32 4 塔架模型结构计算简介 1 只有F1作用 3 简化的计算 F1 整个结构看成一压杆 忽略腹杆 压杆的横截面 33 4 塔架模型结构计算简介 3 简化的计算 F2 2 只有F2作用 整个结构看成一悬臂梁 忽略腹杆 梁的横截面 34 将1 与2 立柱的应力叠加 3 简化的计算 显然 高度不同 立柱中的应力也不同 计算各段立柱的轴向压力 可按两端铰支考虑稳定性 35 3 简化的计算 不足之处 腹杆的内力无法计算 36 对模型计算书要求 计算书在写作上 应该尽量作到 叙述清楚 简明 有条理 能说明问题 作为技术档案 是模型制作的依据 不仅要自己能看得懂 也要别人能看得懂 图文并茂最好 切记 不要将计算书搞成一堆