大型垂直軸風(fēng)機(jī)的優(yōu)化、動(dòng)力特性及疲勞研究.pdf

1、隨著人類社會(huì)進(jìn)入21世紀(jì)和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，世界各國(guó)都面臨著人口、資源、環(huán)境的重大壓力。為緩解能源緊張形勢(shì)，能源結(jié)構(gòu)開(kāi)始經(jīng)歷第三次大的變革，即從煤炭、石油、天然氣為主的能源系統(tǒng)，開(kāi)始轉(zhuǎn)向?yàn)橐钥稍偕茉礊榛A(chǔ)的可持續(xù)發(fā)展的能源系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)利用可再生能源始終是各國(guó)政府和科研人員研究、關(guān)注的焦點(diǎn)。風(fēng)能是一項(xiàng)取之不盡，用之不竭的可再生資源。隨著人民生活水平不斷提高，對(duì)電力需求不斷增長(zhǎng)，風(fēng)力發(fā)電可以滿足不同地區(qū)的要求,專家們預(yù)測(cè)，在21世紀(jì)，風(fēng)能將占

2、能源結(jié)構(gòu)的10％以上，其中風(fēng)能發(fā)電總量將達(dá)到全世界發(fā)電總量的15％以上。 與水平軸風(fēng)力機(jī)相比，垂直軸風(fēng)力機(jī)具有設(shè)計(jì)方法先進(jìn)、風(fēng)能利用率高、起動(dòng)風(fēng)速低、無(wú)噪聲等眾多等優(yōu)點(diǎn)。因此，相對(duì)于傳統(tǒng)的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有更加廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。 本文針對(duì)垂直軸風(fēng)力機(jī)主軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選取主軸每段壁厚為設(shè)計(jì)變量，考慮主軸在風(fēng)載荷作用下的強(qiáng)度，穩(wěn)定性要求和尺寸界限要求，以主軸重量最輕和提高主軸低階固有頻率為目標(biāo)函數(shù)，建立

3、優(yōu)化模型對(duì)主軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算。 根據(jù)《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，計(jì)算風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)承受的風(fēng)載荷，并建立風(fēng)力機(jī)有限元模型進(jìn)行靜力穩(wěn)定性分析。 本文對(duì)某垂直軸風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析，應(yīng)用Lanczos法求解動(dòng)態(tài)方程獲得風(fēng)機(jī)整機(jī)及葉片的模態(tài)參數(shù)——固有頻率和振型。根據(jù)風(fēng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的結(jié)構(gòu)固有頻率繪制Campbell圖，通過(guò)分析Campbell圖確定風(fēng)機(jī)容易發(fā)生共振的區(qū)域，盡量避免共振現(xiàn)象的發(fā)生。并計(jì)算了風(fēng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速，以判斷