大型垂直軸風機的優(yōu)化、動力特性及疲勞研究.pdf

1、隨著人類社會進入21世紀和經濟的飛速發(fā)展，世界各國都面臨著人口、資源、環(huán)境的重大壓力。為緩解能源緊張形勢，能源結構開始經歷第三次大的變革，即從煤炭、石油、天然氣為主的能源系統(tǒng)，開始轉向為以可再生能源為基礎的可持續(xù)發(fā)展的能源系統(tǒng)，開發(fā)利用可再生能源始終是各國政府和科研人員研究、關注的焦點。風能是一項取之不盡，用之不竭的可再生資源。隨著人民生活水平不斷提高，對電力需求不斷增長，風力發(fā)電可以滿足不同地區(qū)的要求,專家們預測，在21世紀，風能將占

2、能源結構的10％以上，其中風能發(fā)電總量將達到全世界發(fā)電總量的15％以上。 與水平軸風力機相比，垂直軸風力機具有設計方法先進、風能利用率高、起動風速低、無噪聲等眾多等優(yōu)點。因此，相對于傳統(tǒng)的水平軸風力發(fā)電機，垂直軸風力發(fā)電機具有更加廣闊的市場應用前景。 本文針對垂直軸風力機主軸的結構特點，選取主軸每段壁厚為設計變量，考慮主軸在風載荷作用下的強度，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函數，建立

3、優(yōu)化模型對主軸進行結構優(yōu)化計算。 根據《高聳結構設計規(guī)范》的要求，計算風力機結構承受的風載荷，并建立風力機有限元模型進行靜力穩(wěn)定性分析。 本文對某垂直軸風力機結構進行了動態(tài)分析，應用Lanczos法求解動態(tài)方程獲得風機整機及葉片的模態(tài)參數——固有頻率和振型。根據風機在不同轉速下的結構固有頻率繪制Campbell圖，通過分析Campbell圖確定風機容易發(fā)生共振的區(qū)域，盡量避免共振現(xiàn)象的發(fā)生。并計算了風機的臨界轉速，以判斷