风力机塔架设计与静动力分析【11000字】【优秀机械毕业设计论文】

资源目录

风力机塔架设计与静动力分析【】【优秀机械毕业设计论文】.rar

风力机塔架设计与静动力分析说明书.doc---(点击预览)

设计任务书.doc---(点击预览)

外文翻译--风能介绍.doc---(点击预览)

塔架ansys分析文件

dp0

global

MECH

SYS

ENGD

MECH

designPoint.wbdp

user_files

.project_cache

modelansys.wbpj

压缩包内文档预览：(预览前20页/共29页)

编号：615128 类型：共享资源大小：17.07MB 格式：RAR 上传时间：2016-03-04 上传人：木*** IP属地：江苏

20
积分

版权申诉 word格式文档无特别注明外均可编辑修改；预览文档经过压缩，下载后原文更清晰！ 立即下载

关键词：: 风力机架设动力分析优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份。28页。11000字左右。
任务书一份。
外文翻译一份。
ansys分析一份。

摘要 II
Abstract III
第一章引言 1
1.1研究背景 1
1.2塔架设计研究的现状 2
1.3本文的研究内容 3
第二章塔架的静力学设计 4
2.1塔架尺寸的初步确定 4
2.1.1塔架高度H的确定 4
2.1.2塔架的直径确定 4
2.2塔架的载荷 4
2.2.1风荷载的计算 4
2.2.2重力 6
2.3塔架的静力计算 6
2.3.1强度设计 6
2.3.2剪应力计算 7
2.4对于50KW风力机塔架实例计算 7
2.5本章小结 7
第三章塔架静强度分析 9
3.1 solidworks simulation模块的简单介绍 9
3.2塔架静力分析的典型工况与分析模型 9
3.2.1确定塔架静力分析的典型工况 9
3.2.2 塔架的静力分析模型 10
3.2.3塔架的网格模型 10
3.2.4典型工况的静态分析 11
3.3本章小结 13
第四章塔架的动力学分析 14
4.1一阶固有频率的理论计算 14
4.2动力学分析 14
4.2.1模态分析 14
4.2.2ANSYS进行的模态分析 15
4.3模态分析的结果 15
4.4本章小结 21
第五章总结 22
参考文献 23
致谢 24
附件文献及翻译

摘要

风力发电技术作为新能源最重要形式之一，受到国内外的热切关注与广泛应用。风力发电机由风轮、发电机、传动系统、塔架、控制系统等部件组成。其中，塔架起着支撑风轮和发电系统的作用，因此保证塔架的强度对风力发电机至关重要。风轮的转动会给塔架带来周期性的作用力，因此，合理设计风轮塔架，避开共振频率区域，研究塔架几何参数对固有频率的影响十分必要。
为保证塔架的强度与使用寿命，本文采用理论设计确定塔架的各个参数，然后利用受力分析软件对塔架进行静力学分析确保塔架的强度。采用有限元分析对塔架进行动态分析，合理设计塔架，确保塔架的自振频率避开塔架与风轮的共振区域.
关键词：风力机塔架;；静力分析；动态分析；强度校核

Abstract
Wind power generation technology as one of the most important forms of new energy, by the earnest attention of both at home and abroad with a wide range of applications. Wind turbine from wind turbines, generators, transmission system, tower, control system and other parts. Among them, the tower to play the role of a supporting wind turbines and power generation system. The rotation of the rotor will bring tower periodic forces, as a result, the reasonable design wind tower, to avoid the resonance frequency area, study the effect of tower geometry parameters on the natural frequency is necessary.
　　　 In order to ensure the tower of strength and service life. All parameters of the tower, this paper uses the theory of design and stress analysis software is used to analyse the tower statics analysis to ensure the strength of the tower. Finite element analysis to dynamic analysis of tower, tower, reasonable design to ensure that the tower of the natural frequency to avoid tower and rotor resonance region.

Key words: wind turbine tower ; Static analysis; Dynamic analysis; Strength check

论文（设计）题目：风力机塔架设计与静动力性能分析

学号： XXXXX 姓名： XXXXX 专业： XXXXX
指导教师： XXXXX 系主任：
一、主要内容及基本要求
风力发电技术作为新能源最重要形式之一，受到国内外的热切关注与广泛应用。风力发电机由风轮、发电机、传动系统、塔架、控制系统等部件组成。其中，塔架起着支撑风轮和发电系统的作用。风轮的转动会给塔架带来周期性的作用力，因此，合理设计风轮塔架，避开共振频率区域，研究塔架几何参数对固有频率的影响十分必要。
本课题的主要研究内容为：确定风力机塔架主要设计参数及其对固有频率的影响。
风力机塔架主要参数的确定包括塔架高度，直径，厚度，锥度等。
塔架设计主要研究内容为：基于风轮受力分析，进行塔架结构设计与三维建模。
静动力学性能分析部分主要研究内容为：利用solidworks受力分析模块，对塔架典型工况进行受力分析与强度校核，利用ANSYS计算其固有频率，并研究主要设计参数的改变及其对固有频率的影响。
基本要求为：以某型50kW风力机为计算实例，建立风力机塔架三维受力模型，提交塔架静动力学性能分析模型及其计算结果，提交毕业论文。

二、重点研究的问题
静动力学性能分析包括利用solidworks simulation模块以及ANSYS模态分析模块，对塔架静止和典型工况进行受力分析与轻度校核，计算其固有频率，避免塔架的固有频率与风轮的工作频率产生共振而影响塔架的寿命，是本课题的重点研究内容。

三、进度安排

序号各阶段完成的内容完成时间
1 资料收集 3.17
2 毕业设计开题 3.17~3.20
3 方案确定 3.22
4 设计计算 4.15
5 毕业设计中期检查 4.15~4.20
6 三维建模及性能分析 5.5
7 完善设计、翻译及论文撰写 5.25
8 毕业答辩 5.30~6.10

四、应收集的资料及主要参考文献

[1]. Manwell, James F. Wind energy explained.2nd edition. 2009.
[2]. 王永胜.兆瓦级风力机塔架的固有特性研究[J].大功率变流技术.2013年03期.
[3]. 宋曦.水平轴风力机塔架的力学建模及ANSYS仿真分析[J].甘肃科学学报.011年01期.
[4]. 宋聚众.1.5MW变速恒频风力发电机组气动与结构设计技术[D]. 汕头大学.2007年06期.

内容简介：: 附录英文文献 at 000 or in an of as as an of of of of or to be to 2 C in SA of in to 250 in SA 941. a 3 m in to a 945, it 0 1948). 1955) 1994) a of 00 0 m in 931 00 4 m in K in 950s. In at to up 00 4 m 956 a W 35 m 963. a of in 950s 960s. In of at in K in of 973. in of a of of In SA to of a of 8 m 00 975 in 7.5 m W 987. in K, as to at a 4 MW in 4 m in In K, an to H r a 500 kW 981 an MW in as an to a of or as it to be of W, 64 m by in of At as In in in of a of 100 A of in to of a a to be on as 0 m in at W. .1 .2 of as of of of 980s it is to of of by .3 a of In is to so a .4 a a a of of is to is 750 48 m by by 1 by of 973 of of of to is 错误 !未找到引用源。 of (by of to 997 of 1997) 2 of of to be 010. as a to in of an in W 995 0 GW 010. is to be at of 001, 2 GW of W of 000 00 MW 993. of of 993-9 0 2000). of is 000, 5 of 8 is W of in SA of 5 is of of in 980s .1 001 it is a in of of of in is in it is be a of by of of to In to of of is in of he P, a is by P=错误 !未找到引用源。 is of 误 !未找到引用源。 ), 错误 !未找到引用源。 is A is is of is 800 of to of a on a W a is 0 m in of in be by It a in ). of a of to is a a in by of by at it is to a of a in in be by of or by on 0 a in of 0 m to 0 m. A of to a in of of a of to an in to in of In 0m) to of of In a of to of a by of of of 1993). a of be in 5m, on to be is no at be to A of is in to to of as an as a of a on a is to is of 1990). 英文翻译风能介绍展历史风车的使用至少已有三千年，主要用于磨粒或泵站水，而在帆船风已成为不可缺少的电力来源甚至更长的一段时间。从早在 13 世纪，水平轴风力发电的一个组成部分是农村经济，只有随着廉价的矿物燃料的引擎落入废弃，农村电气化才蔓延出来。利用风力发电（或风力发电机）发电可以追溯到十九世纪末期的12 千瓦直流风力发电机，建造在美国的丹麦究所。然而， 20 世纪大部分时期人们对使用风能没有兴趣，除了用于偏远住宅电力供应，并且一旦并入电网成为可能，这些低功耗系统很快就被取代。一个突出的例子是 1941 年史密斯普特南在美国建造的 1250 千瓦的风力发电机组，这台机组刚性转子直径是 53米，充分跨度间距控制和扑叶片，以减少负载。虽然这种叶片风机在 1945 年失败了，但是它仍然是最大的风机在之后的约 40 年间。 1955 年 ), 1994 ）提供了一个令人着迷的早期风力发电机的发展史。 1931 年他们记录了 100 千瓦 30 米直径的苏联巴拉克拉风力发电机组和 1950 年代初英国 00 千瓦 24 米直径风力发电机组的气动设计建造。在这空心涡轮叶片，展开着，被用来吸收空气动能透过机身推动另一端的发电机， 1956年在丹麦生产出了 200千瓦 24米直径后，在 1963 年法国的一家电力公司已完成了瓦 35 米直径风力发电机的测试。五十年代和六十年代，德国的授有了一些轻型涡轮机的创新。尽管有这些技术进步和研究热情，等等，但是英国的电气研究协会对风力机很少有持续的兴趣直到 1973 年石油价格显著上升时。突然增加的石油价格刺激了一些实质性的政府资助方案的研究 , 开发和示范。 1975 年，这直接导致美国设计了以 100 千瓦 38 米直径 0 型风机为开始的一系列风机模型，并且最终在 1987 年设计出瓦直径 5B 的风力机模型。类似的方案同样在英国，德国和瑞典受到热捧。由于这些设计在最符合成本效益和一些创新的概念方面可能会有不确定性，因此，需要对其进行充分规模的调查。在加拿大，生产出了一台 4 兆瓦垂直轴风力机，并且这种概念也在美国和英国的 34 米直径直轴试验设备中进行测试，型转子替代垂直轴的设计建造了一个 500 千瓦的样机。 1981 年美国的一台创新型 3 兆瓦水平轴的风力发电机组被生产出来并进行了测试。它使用液压传动以用来替代偏航驱动器，使整个结构导向对风。叶片数量最好的选择在某些方面仍然不是很明确，基本上大的风机都是使用单叶片，双叶片或者是三叶片。许多重要的科学和工程信息都是从这些政府资助的研究方案和一般的原型设计工作中获得的。但是，必须认识到运行一个没有人工操作，大型的风力机的问题，这种恶劣的风气候经常是不可估计的，并且设备的可靠性不是很好。同时，多兆瓦的风机也在私人的公司中建造，往往相当多的国家支持，建设要小得多，往往很简单的风力机作为商业销售。 20 世纪 80 年代中期在加利福尼亚州，特别是财政支持机制催生了大量小型（ 100 千瓦）风力发电机的安装。其中的一些设计也有遇到了各种各样的问题，但是由于是小型的，可以利用普通简便的方法来修理和改进，所谓的力机概念出现了三叶片，失速调节转子和一个恒定的速率，感应电机驱动。这个简单的架构已被证明是非常成功的，并且有现在60 米直径风力机一样大的直径和瓦的功率。图图种设计的两个例子。然而，随着商用风力机的规模引用 20 世纪 80 年代的大型模型成为可能，有趣的是看到当时变速操作的概念调查，充分跨度控制叶片和增强的材料越来越多的被设计者使用到。图示了一个采用变速直趋的风力机的风场。在图瓦， 64 米直径风力机这种设计中，同步发电机是直接耦合的气动转子，所以这样的就不需要齿轮变速箱了，图示了一个更传统，使用变速齿轮箱的变速风力机，而一个小风电场的音高调节风力发电机，叶片充分跨度控制是用来限制功率的，如图图 750 千瓦， 48 米直径风力机图在复杂地形上的变速调节风力发电场图北爱尔兰 1 兆瓦风力发电机刺激风力发电发展的是 1973 年的石油价格和对有限的化石燃料资源的关注，利用风力发电机发电的主要驱动力量是非常低的二氧化碳排放量（在制造，安装，操作和去调试的整个生命周期）和用来帮助限制气候变化影响的风能的潜力。 1997 年，欧洲联盟委员会出版了名为欧盟成员国在 2010 年 12%的能源需求将从可再生能源中获得的白皮书。随着从 1995 年已安装的容量为千瓦的风力发电机组到 2010 年的 40 万千瓦这样的增长，风力发电已被确定为在可再生能源供应方面可发挥关键作用。这个目标是可能实现的，因为在 2001 年 1 月编写这个报告时，在欧洲已经有一些 12 万千瓦容量的风力发电机组的安装成为可能，从 1993 年只有 300 兆瓦和 2000 年的千瓦相比，这个目标将成为可能。从 1993 年 9 月开始欧洲安装风力发电机的年平均增长率约为 40%，（ 000）。在欧洲风力发电机的能力分配是有趣的， 2000 年，德国约占欧洲总数的 45%，丹麦和西班牙各占 18%。还有约容量为 250 万千瓦的风力发电机组安装在美国，其图 65%是在加利福尼亚并且美国在德克萨斯州和一些中西部地区也表现出了越来越浓厚的兴趣，许多加利福尼亚的风力发电场是在 80 年代建造的，现在正在重新配备更大的现代化风力发电机。表示了 2001 年 1 月世界范围内的装机容量，但是很显然，随着这样的增长速度，一些国家的这些数据将很快过时。表 2001 年 1 月世界范围内装机容量地区装机容量（德国 5432 丹麦 2281 西班牙 2099 荷兰 444 英国 391 欧洲总数 11831 加利福尼亚 1622 美国 2568 全球总数 16461 风能在一些国家能够蓬勃发展，而其他一些国家没有发挥它的潜力，可能是因为这些国家考虑到风能资源利用的复杂性。重要原因包括为风力发电提供的财政支持机制，地方规划局允许用于建造风力发电厂的过程和一般民众特别是在视觉上的看法的影响。为了克服村民对风力发电厂对环境的影响的关注，现在越来越关注风场的选址。现代风力发电风力发电机输出功率 P 由已知公式： P=错误 !未找到引用源。为空气密度（误 !未找到引用源。） ,错误 !未找到引用源。为功能效率，A 为风轮面积， U 为风速。空气密度相当低，比水压小 800 倍，所以这就直接导致风力发电机需要大尺寸。取决于设计风速的选择，一台瓦风力发电机可能会有 60m 直径的转子。功率描述为风能被转化成机械能的系数。它有一个理论最大值兹极限），而较低的峰值能够在实践中实现。风轮的功率系数随着速度比率峰值变化并且仅仅是一个最大的速度比率峰值。通过不断优化的详细设计和在变速情况下运行，风力机的风能利用系数得到不断改进，有可能在超出设计风速的同时保持最大风能利用系数。然而，这些措施将仅仅略有增加输出功率。为了达到增加输出功率的目的，主要靠增大风轮扫掠面积或者将风力发电机组安装在更大的风速区域。过去十年到现在风力机风轮直径陆续有增加，从 30m 直径增加到超过 60轮直径增大一倍就可以增大四倍的风能功率输出。当然，风速同样影响功率输出，双倍风速将更为突出的使风能功率输出增加 8 倍。因此，要充分考虑确保风电场建立在风速大的区域，并且风力发电机位于风场的最佳位置。在一些国家使用很高的塔架超过（ 60了利用随着高度而增大的风速。在过去的一些研究中，为了确定最佳的风力发电机大小以平衡全部的制造，安装成本和运行各尺寸风力发电机对生产的收益。根据已生产的风力机的假设，结果表明风力发电机叶轮直径在 35时能获得最低的能源成本。然而，这些假设将显现得相当低，并且风轮直径没有明显的数字，因此，风力机输出功率将是有限的，特别是海上风力发电机。所有现代的风力发电机都使用来自叶片的升力来驱动风轮，高转速的转子是可取的，以减少所需的变速齿轮箱的增速比，并且这将降低密实比（叶片面积和风轮扫掠面积的比例）。低密实比风轮作为一种有效的风能利用机构，从一台风力发电机上的风能恢复周期，好的情况下少于一年，风能能够用于制造，并且风力发电机可在其第一年运作中恢复安装。湘潭大学毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目：风力机塔架设计与静动力性能分析学号：姓名：专业：指导教师：系主任：一、主要内容及基本要求风力发电技术作为新能源最重要形式之一，受到国内外的热切关注与广泛应用。风力发电机由风轮、发电机、传动系统、塔架、控制系统等部件组成。其中，塔架起着支撑风轮和发电系统的作用。风轮的转动会给塔架带来周期性的作用力，因此，合理设计风轮塔架，避开共振频率区域，研究塔架几何参数对固有频率的影响十分必要。本课题的主要研究内容为：确定风力机塔架主要设计参数及其对固有频率的影响。风力机塔架主要参数的确定包括塔架高度，直径，厚度，锥度等。塔架设计主要研究内容为：基于风轮受力分析，进行塔架结构设计与三维建模。静动力学性能分析部分主要研究内容为：利用力分析模块，对塔架典型工况进行受力分析与强度校核，利用算其固有频率，并研究主要设计参数的改变及其对固有频率的影响。基本要求为：以某型 50力机为计算实例，建立风力机塔架三维受力模型，提交塔架静动力学性能分析模型及其计算结果，提交毕业论文。二、重点研究的问题静动力学性能分析包括利用塔架静止和典型工况进行受力分析与轻度校核，计算其固有频率，避免塔架的固有频率与风轮的工作频率产生共振而影响塔架的寿命，是本课题的重点研究内容。三、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间 1 资料收集毕业设计开题方案确定设计计算毕业设计中期检查三维建模及性能分析完善设计、翻译及论文撰写毕业答辩、应收集的资料及主要参考文献 1. . 2009. 2. 王永胜的固有特性研究 J2013 年 03 期 . 3. 宋曦真分析 J011 年 01 期 . 4. 宋聚众速恒频风力发电机组气动与结构设计技术 D. 汕头大学 06期 . 5. 等湘潭大学毕业论文题目：风力机塔架设计与静动力分析学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化学号：姓名：指导教师：完成日期： 2014 年 5 月 20日 I 摘要 . . 一章引言 . 1 . 1 . 2 . 3 第二章塔架的静力学设计 . 5 尺寸的初步确定 . 5 的确定 . 5 . 5 . 5 计算 . 5 . 7 . 7 . 7 . 8 0. 8 . 8 第三章塔架静强度分析 . 10 3.1 块的简单介绍 . 10 . 10 . 10 架的静力分析模型 . 11 . 11 . 12 . 14 第四章塔架的动力学分析 . 15 . 15 . 15 . 15 行的模态分析 . 16 . 16 . 22 第五章总结 . 23 参考文献 . 24 致谢 . 25 要风力发电技术作为新能源最重要形式之一，受到国内外的热切关注与广泛应用。风力发电机由风轮、发电机、传动系统、塔架、控制系统等部件组成。其中，塔架起着支撑风轮和发电系统的作用，因此保证塔架的强度对风力发电机至关重要。风轮的转动会给塔架带来周期性的作用力，因此，合理设计风轮塔架，避开共振频率区域，研究塔架几何参数对固有频率的影响十分必要。为保证塔架的强度与使用寿命，本文采用理论设计确定塔架的各个参数，然后利用受力分析软件对塔架进行静力学分析确保塔架的强度。采用有限元分析对塔架进行动态分析，合理设计塔架，确保塔架的自振频率避开塔架与风轮的共振区域 . 关键词：风力机塔架 ;；静力分析；动态分析；强度校核 as of of by of at a of to of a of as a to of on is In to of of of is to to of to of to of to 1 第一章引言能源是人类赖以生存以及社会得以发展的物质基础，能源是经济发展的源泉，能源问题已经是关系到世界经济发展和人们生存环境的重大问题，随着世界经济发展，各各行业对能源的需求也与日俱增，随着国际石油危机的爆发，人类已经认识到了开发新能源取代传统石油燃料的必要性。风能作为一种绿色新能源进入了人们的视野中，风能在全世界角落都蕴含丰富，所以受到的关注越来越多。与传统的化石燃料能源相比，风力发电成本稳定，环境压力小。发电的动力来源于自然界中的风能，比之传统的火力发电不需要矿物能源，燃料价格波动不会对风力发电产生影响，发电成本稳定，同时风力发电没有任何碳排放，不会对周边环境造成污染。据专家测算如果一个风力发电场具备 1万千瓦的发电能力那么这个发电厂每年就能够满足同样满足这 1万户家庭一年的用电的火力发电厂需要消耗大约 3000盹的液体燃料。目前欧洲每年的风力麓电量超过 400亿千瓦时，这不仅能够满足 1000万个家庭的用电需求，同时大大可以减少向大气中二氧化碳的排放量。以目前的风力发电量代替的传统热发电量来算，每年可少向大气中排放 2400万吨二氧化碳 . 风电技术最早是在欧美一些国家取得长足发展的，丹麦在风电制造和利用发面位于世界前列。而像美国、俄罗斯、加拿大等西方国家，进入 80年代后这些国家的风力发电机的单机容量就已经由千瓦级发展到了兆瓦级。而我国的风力发电技术起步比较晚，前期的技术发展也比较缓慢，主要靠引进国外的先进发电设备。到 90年代后，我国在全国各地陆续引进风电机组建立风力电场，风力发电量也年年持续增长。随着国内的一些风电企业的建立与发展，发电机组的国际化，我国的风电产业取得了长足的进步。随着风机不断增大 ,塔架安全问题日趋显著。由于塔架的不合理设计造成塔架倒塌也时有发生 ,从而造成了无法挽回的损失。如 2010年 2月 1日大唐左云项目风机倒塌如次倒塌造成上千万元的损失。还有 2008年的台电台中港区高美湿地的 18部风机中 ,2号机在蔷蜜台风吹袭下倒塌。还有很多这样的塔架倒塌事件发生有很多是由于设计的不合理 ,因此对风力发电机组的设计方式方法进行更加深入的研究意义非凡 . 2 图架的坍塌风力机塔架的主要结构形式一般采用桁架式、锥筒或圆筒 (或棱筒 )式 1。下风向布置的风力机多采用桁架式塔架 ,它由钢管或角钢焊接而成 ,其断面为正方形或者多边形。圆筒 (或棱筒 )或锥筒式塔架由钢板卷制或轧制焊接而成 ,其形状为上小下大的几段圆筒或 (棱筒 )或锥筒。而现阶段我国主要采用圆筒或者锥筒式塔架，因为相对而言锥筒塔架制造工艺简单，施工也相对方便。图边是桁架式 3 塔架是风力发电机组中的承重构件，它是支撑机舱和叶轮，并把叶轮和机舱举到设计高度处运行。塔架不且要承受风轮和机舱的载荷，而且要承受极限风速产生的载荷，同时，又是整个风力发电机组的承载基础，它要有足够的强度和刚度，以保证机组在各种载荷下能够正常运行 2。国外研究现状，国外许多研究机构开展了包括弹性叶片和柔性塔架在内的大型风力发电机结构动力学分析的方法研究主要分为两大类：实验的方法和计算的方法。实验方法是对叶片和塔架施加激励信号，然后通过测量输入信号和输出响应的信号，用参数辨识的方法对其进行分析，从而得出风力发电机的结构动力学特性参数。这是一种对具体风力发电机直接研究的方法，所得结果可靠，是最有效的分析方法。但是，对于容量日益增大的大型风力发电机来说，叶片和塔架通常都在几十米以上，在这种情况下，要安装和运行满足实验条件的设备就有一定困难，而且从风力发电机设计的角度考虑也不现实。经典的计算分析方法是对耦合的运动方程进行数值积分求解用这种方法计算往往非常困难，尤其对于多自由度耦合系统，求其解更为复杂。且提出空气动力和结构力学干扰的设计模型 3。希腊的分析了钢塔架对风力机运行可靠性的影响，并且对静态地震情景下的稳定性问题进行了分析 9。国内风电产业发展与欧洲发达国家相比起步晚但也做了很多关于塔架也进行了深入的研究， 1995年，台肥工业大学任永智，陶其斌，周必成 19研究了风力发电机塔架的固有频率和固有振型，顺风向下塔架的风效应和位移响应，以及由给出了计算实例，为风力发电机塔架结构动力设计提供了有效方法。 1997年，北京航空航天大学流体力学研究所窦修荣、山东工业大学黄珊秋、宋宪耕 20分析了大型水平轴风力发电机塔架在地面风作用下的受力情况，给出定态风和非定态风诱发的塔架振动响应的计算方法，对一实际塔架进行计算和仿真，结果表明，该计算方法在工程应用中是合理的。陆萍，王永智等 5对水平轴风力机塔架的静态分析做了大量的研究。首先提出了变截面筒型风力机塔架结构建模 ;其次研究并计算了国内外塔架结构的固有频率特性，最后基于有限元法研究了风力机塔架的动态分析程序系统。 2011年，戴建鑫 7利用时在塔筒连接处采用实体单元对法兰盘模拟，考察门洞对屈曲的影响。内蒙古科技大学的王震宇的大型风力发电机塔架弹塑性地震分析与设计 8。然现阶段对于风力塔架设计，一般的方法先参照正在运行的塔架采用比较的方法来初步确定塔架的横截面尺寸，再利用材料力学或弹性力学校核其强度和刚度，计算校核误差较大。随着计算机的不断更新与发展，有限元这种新型分析方法开始应用于塔架结构的静力特性以及塔架的设计精度而且大大缩短了设计周期。 4 本文的主要研究内容是确定风力机塔架主要设计参数及其各阶固有频率。（ 1）风力机塔架主要参数包括塔架高度，直径，厚度，和锥度等。（ 2）塔架设计主要研究内容：基于风轮受力分析，进行塔架结构设计与三维建模。（ 3）静力性能分析部分主要研究内容：利用力分析模块，对塔架静止和典型工况进行受力分析与轻度校核 . （ 4）动力性能分析主要内容：计算其固有频率，分析各阶阵型图，分析各设计参数对塔架固有频率的影响等。 5 第二章塔架的静力学设计载荷分析是塔架设计的重要内容风电机组几乎所有的载荷部将传给塔架，包括叶片与发电机系统的自重、风轮在工作状态下产生的推力以及塔架本身所承受风压产生的载荷。为了保证塔架的安全性在极端条件作用下塔架不倾倒，对塔架强度的计算考虑极端工况下风轮的气动推力及其极端情况下风压对塔架的影响。架高度 H 的确定高度即要满足风机叶片运作的要求 ,而且要考虑经济方面的因素 ,并且综合考虑塔架安装的具体地理位置和地貌。塔架的一般高度为 H=h+C+R （ 2 其中个参数的具体含义为： H 塔架的高度 H 接近风轮叶片的地面障碍物的高度 C 风轮叶片扫略面到障碍物最高点的距离，一般为 2m. R 风轮半径本设计取塔架高度为 18m 架的直径确定由于塔架理论设计中塔架的确定没有给定的公式，根据已有塔架设计中， 10100的塔架直径与塔架的高度比例关系确定 15，塔架高度 H 与下底面半径的比值在 1219 之间。因此本文取定：底部直径 D 为 1500对于顶部直径 d，主要根据机舱给定的底部直径确定，根据已有塔架设计的参数，本文取定：顶部直径 d 为 730塔架的载荷要在塔架的初步尺寸的确定之后才能确定根据塔架载荷在结果的反映特点上分为：动载荷和静载荷荷载的计算风力发电帆的风荷载主要分为两部分，第一部分是发电机风轮旋转的动态结构，在该区域将产生风轮气动推力；第二部分是发电机塔轩静态结构，风力作用下将会对该部分产生直接作用。计算风力机的总载荷需要分别计算两部分的风荷 . 塔架所受风载荷的计算可以依据 0009 2001建筑结构菏载规范 13。垂直于 6 建筑物表面的风荷载标准值，按照下列公式计算 0P （ 2 其中各参数代表： z 风压高度变化系数，s为风载体体型系数， z 为重现期调整系数，件承风压的投影面积 ,0为基本风压。在极限风速时，塔筒的载荷用 2/1（ 2 其中各参数代表：据地理位置与塔架的设定高度取为 40m/s。为空气密度，取 3m 空气动力系数，由于塔筒为圆筒形，所以取值为目前针对水平轴风力机风轮最大气动推力的有许多的计算方法，一种基本的计算方法是利用下列公式计算： 22s 9/4 （ 2 其中各参数代表： R 风轮的半径大小 V 风机轮毂的风速以上方法可以作为水平轴风力机风轮最大推力的初步计算公式，国外许多研究者也针对风轮最大推力提出了计算公式，具有代表性的主要是以下三种：按丹麦 4/2s （ 2 其中 : N 按苏联法捷耶夫公式计算： s 2 其中：m/s 按荷兰（ 2 为安全系数，通常情况下取 S= 表示气动系数，通常情况下取 7 以上几种求解风轮风荷载的的方法中，本文采用的是按丹麦 1G 表示塔架顶端风轮与机舱的总重量， 1G 取为 2200 2为 2000钢管塔架通常采用等强度变截面设计。危险截面一般位于塔架的根部塔架根部机构强度分析是确定塔架整体结构的基本设计依据一般针对塔架进行合理简化得到力学模型，然后利用材料力学或者弹性力学得到危险截面的的极限应力作为结构强度设计的依据。塔架根部的应力计算公式： A s 212/)( （ 2 其中各项参数：截面模量表示锥形塔架的长度折减系数图 8 s （ 2 其中由可确定塔架的最小厚度，本文设计塔架厚度为 100本文设计为 50此为实例进行塔架静力计算原始数据：有本文前面所述公式确定塔架的基本参数，塔架高度 8m,塔架底端直径为 1500部端面直径为 730架厚度为 107m,风轮和机舱的重量设为 2200架自重为 2000 表塔架底径 D 塔架顶径 d 塔架高度 H 风轮回转中心到塔架顶端距离 h 发电装置自重架自重架壁厚 t 1500308m 2000000对塔架进行如下计算：塔架风载荷 2/2 =0*40*20*轮所受风载荷采用上述公式 4/2s 其中 00 =300*7*17/4 =轮与机舱的重量为 1G =22000N 塔架自重为 2G =20000N 由公式 A s 212/)( 其中 A= W= h= 将上述数据带入公式得： =架材料为文所取材料安全系数为材料的许用应力 313 ，所以本文理论设计满足塔架的强度要求。本塔架的设计流程，首先根据已有经验公式确定塔架的高度，然后根据塔架的高度与塔架上下地面直径的比例关系确定塔架的直径，在根据塔架的强度要求确定塔架的厚 9 度，并进行校核，如果校核结果不满足强度要求，则可以改变塔架的厚度。高度。以及底部直径的参数来满足强度要求，直至校核准确为止。 10 第三章塔架静强度分析对于塔架设计来说，静强度设计是塔架设计中最重要也是最基础的，为了保证塔架的精度，本文在塔架进行完塔架理论设计后进行有限元的辅助设计，目的在于能够保证塔架在极限载荷下满足要求。 3.1 块的简单介绍本文静力强度分析部分采用用是一个与全集成的设计分析系统。供了单一屏幕解决方案来进行应力分析、频率分析、扭曲分析、热分析和优化分析。借着快速解算器的强有力支持，使得您能够使用个人计算机快速解决大型问题。供了多种捆绑包，可满足您的分析需要。省了搜索最佳设计所需的时间和精力，可大大缩短产品上市时间。户提供了一个容易使用的初步应力分析工具。过在计算机上测试设计所取代昂贵并费时的实地测试可帮助您降低成本及上市时间。例如，可能要检查向水龙头施加的力的效果。真设计周期，并提供应力结果。它还会显示水龙头的临界区域以及各区域的安全级别。根据这些结果，可以加强不安全区域，并去掉超安全标准设计区域的材料。用的仿真技术与来进行应力分析的技术相同。产品系列可提供更多的高级仿真功能。向导界面采用了所有面的内容，可一步步指导指定夹具、载荷、材料，进行分析和查看结果。结果的准确度取决于夹具、载荷和材料属性。要使结果有效，指定的材料属性必须准确描述零件材料，夹具与载荷也必须准确描述零件的工作条件。持对单实体的分析。但它不支持装配体、多实体零件或曲面实体。首先建立好塔架模型，制定好塔架的的直径，厚度，定义好材料的区服强度，质量分布刚度分布等数据，然后确定所要进行的典型工况的确定，本文确定分析三种工况进行载荷的求解。第一种载荷求解为塔架静态下不受风力的工况，第二种载荷求解为塔架在风轮在额定风速下所受风力的工况，第三种载荷为在极限风速下塔架所受风力的工况。 11 在静力学分析中根据圣维南定理 ,如果把物体的边界上一小部分的面力变换成为分布不同但静力等效的面力或集中力时候 ,近处的应力分布将会有很大的改变 ,但在处的应力变化几乎可以忽略不计。由于塔架的最大应力一般出现在塔架的根部或者门洞附近 ,因此在塔架顶部用集中力来代替塔架整体的受力情况对于塔架的底部应力影响不大。架的静力分析模型根据前一章理论计算所得的塔架几何参数使用三维画图软件立塔架模型，塔架的三维建模图如下图架模型在建模时，应对塔架进行简化处理，不考虑塔架的附属结构等构件，对于塔架的受力可将风荷载以及风轮与机舱的重力简化到作用到塔架的上端面，设定材料的参数，性模量 206松比为架密度为 78503m 。在建好三维模型后，将图导入该软件的力分析模块，做好塔架的材料设定，进行受力分析模型的约束，进行网格划分如下图 12 图在进行典型工况进行受力分析时可将塔架受到的各个力简化为塔架上端面受的力和力矩作用。典型工况一，在风速为零的载荷下塔架的应力分布图如下 13 通过对工况一的应力分析图大应力出现在塔架的顶端，在此工况下的最大应力为型工况二，在额定风速 10/架的的应力分布图如下：图由典型工况的二的应力分布图工况二的受力状况下，最大应力出现在塔架的底端处，且最大应力为型工况三，在极限风速 40/架的应力分布图如下：图 14 由典型工况的二的应力分布图工况二的受力状况下，最大应力出现在塔架的底端处，且最大应力为根据上述塔架个应力分布图的应力分析结果可如下应力分析表表工况序例号最大应力最大应力处 1 塔架顶端 2 塔架根部 3 塔架根部利用有限元软件分析计算三种工况载荷下的应力，此工况载荷进行校核，塔架的理论计算最大应力为限元辅助设计求得的最大应力与塔架理论设计的最大应力的相对误差为 20%，许=345/13 则有许以塔架的有限元辅助设计满足要求，塔架满足强度要求 . 用了理论设计与静强度分析的方法确定塔架的结构 . 先根据已有经验公式确定塔架的高度，然后根据塔架的高度与塔架上下地面直径的比例关系确定塔架的直径，在根据塔架的强度要求确定塔架的厚度，并进行校核，如果校核结果不满足强度要求，则可以改变塔架的厚度，高度。以及底部直径的参数来满足强度要求，直至校核准确为止。 0风力机塔架的三种不同工况进行静强度的应力分析，通过计算各工况的极限应力，求得最大应力与理论设计的应力基本相近。 15 第四章塔架的动力学分析风力机塔架不且承受了发电机部分和自身的重力，而且承受了叶轮的周期性载荷以及风载荷的作用，风轮的周期性载荷与风载荷可以导致塔架产生震动，这将影响塔架的结构，影响塔架结构的强度，所以在塔架的设计中一定要考虑塔架的模态分析，应该计算塔架的固有频率，避免塔架的频率与风轮叶片的周期性载荷以及风载荷产生共振 . 在塔架设计中当塔架的固有频率与风轮旋转频率及叶片通过频率接近时，将进入共振区域风力发电机塔架所受载荷将会由塔架结构共振而被放大，为了避免共振的发生，必颁对塔架的固有频率进行精确计算与调整。水平轴小型风力发电机的转速一般定为60r/其频率为 1本文的风力发电机叶轮有三块一片则叶轮的三倍频率为 3 根据国标 19072架工作状态一阶的固有频率必须大于风轮旋转频率的 10而小于叶片通过频率 10本文设计的塔架为锥筒型钢材塔架，且塔架顶部作用最集中质量，则有根据经验公式 14： 3)21 （ 4 其中各参数的意义，与锥简塔架的直径及壁厚有关，弹性模量 E=206架质量000轮与机舱的总质量200入个参数的数据的一阶固有频率的理论计算值为模态分析是研究结构动力特性一种近代方法 18，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模态分析；如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。通常，模态分析都是指计算模态分析。振动模态是弹性结构固有的、整体的特性。通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内的各阶主要模态的特性，就可以预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下产生的实际振动响应。因此，模态分析是结构动态设计及设备故障 16 诊断的重要方法。机器、建筑物、航天航空飞行器、船舶、汽车等的实际振动模态各不相同。模态分析提供了研究各类振动特性的一条有效途径。首先，将结构物在静止状态下进行人为激振，通过测量激振力与响应并进行双通道快速傅里叶变换（析，得到任意两点之间的机械导纳函数（传递函数）。用模态分析理论通过对试验导纳函数的曲线拟合，识别出结构物的模态参数，从而建立起结构物的模态模型。根据模态叠加原理，在已知各种载荷时间历程的情况下，就可以预言结构物的实际振动的响应历程或响应谱。近十多年以来，由于计算机应用技术、高速数据采集系统以及振动传感器、激励器等科技技术的发展，使得试验模态分析得到了很快的发展，受到机械、电力、建筑、航空、航天等多个产业部门的高度重视。已有多种档次、各种原理的模态分析硬软件问世。所有的 1）前几阶固有频率，以避免设计的结构发生共振； 2）前几阶的振型，以确定结构支撑或者放置其它物体的位置，譬如说，你不能把物体放置在振型幅值最大的位置。行的模态分析本文采用的是件进行的塔架的模态分析，态分析步骤有如下几部分：建模、加载求解、扩展模态、查看结果 . 本文利用于不是线性的行为需要进行线性处理。定分析模型，在对话框中指定分析模型为相应对话框中设定扩展模态阶数。执行析建模与静力分析建模大致相同。下图 17 图将在维软件中的三维模型修改格式后导入件中然后进行网格的划分与材料属性的定义，如上图本文所划分的网格图。在不考虑塔架基础对塔架的影响且没有外载荷的情况下，利用行的模态分析所得的塔架的固有频率的各阶阵型图如图图阶振型图 18 由上图一一阶振形图可得本文塔架的一阶固有频率为最大变形量出现在塔架的顶端。图阶振型图由上图二阶阶振形图可得本文塔架的二阶固有频率为最大变形量出现在塔架的顶端。图 19 由上图三阶阶振形图可得本文塔架的三阶固有频率为最大变形量出现在塔架的中部。图阶振型图由上图四阶振形图可得本文塔架的四阶固有频率为最大变形量出现在塔架的中部。图阶振型图 20 由上图五阶振形图可得本文塔架的五阶固有频率为最大变形量出现在塔架的顶端。图阶振型图上图六阶振形图可得本文塔架的六阶固有频率为最大变形量出现在塔架的顶端。各阶频率所构成的频率曲线图如下图图 21 各阶的模态分析频率如下表图阶频率由上述各阶振型图频率曲线图以及各阶频率表可知 ,塔架的第一和第二阶频率 ,第三阶和第四阶频率以及第五阶和第六阶频率在数值上两两几乎相等以相同模态的出现 ,是由于结构的对称性所致它们具几乎相同的形状 ,只是在相互成 90 平面内变形 ,也可以把它们两两看成一个模态。共振的主要激励源为风轮的工作频率，以及风轮工作频率的三倍，由本文前述，风轮的工作频率为 1三倍为 3据经验，设计塔架的各阶固有频率需避开这俩个值得百分之 10 左右 11。由下表表架固有频率与风轮的工作频率阶数固有频率

温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。