应用直升机动力学设计方法分析大型风力发电机组动力学特性.pdf

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直升机技术年第期总第期
应用直升机动力学设计方法
分析大型风力发电机组动力学特性
凌爱民黄斌根韩普祥
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Ⅱ

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技术分析风轮/塔架耦台系统动力学特性的方法分析了孤立风轮叶片、塔架系统的振动特

中应考虑的一些固素
关键词风轮叶片塔架

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、⋯一/ 自.
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目前,国内引进和正在研制的大型风力发电机其塔架高度和风轮直径都在多米,
这样高大型的结构在风力作用下,要保证其安全平稳地运转,动力学问题是研制中必须解
决的关键技术之:风力发电机的风轮安装在塔架上相当于直升机的旋翼安装在试验台
。
舱和塔架的运动形成对风轮的基础激励,为了使风轮与机舱塔架系统有很好的动力相容
性,必须通过计算分析配置好风轮叶片和塔架系统的固有振动特性,避开风轮运转产生的
激振力频率,从根本上控制塔架系统的振动响应。
风轮与塔架系统的动力相容性的另一方面是风轮与塔架系统的动力耦合气动/机械
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稳定性风轮与塔架系统运动的相互激励有可能导致整机气动/机械不稳定运动,为此须
进行风力发电机整体气动/机械稳定性计算分析:
根据风轮叶片属于无铰式,,塔架高大而低阶频率会较多,应考虑
的频率较多的特点,本文提出了风轮叶片和塔架分别建模,应用模态综合技术分析风轮与

算,分析孤立风轮叶片、非耦合状态塔架系统的振动特性和风轮与塔架耦合系统振动特
性之问的变化,指出了在风轮叶片和塔架系统振动特性设计中应考虑的一些冈索。
动力学综合建模方法

述结构的运动是非常困难的,也是不直观的,闺此采用分别建模方法建立风轮与塔架耦合
系统模态综合分析模型。首先,分别建立孤立叶片、风轮整体模态和塔架系统动力学模
型,最后应用模态综合技术建立风轮与塔架耦合系统模态综合分析模型
孤立叶片振动分析模型考虑叶片挥舞、
、摆、扭全耦合振动非
线性偏微分方程。
从孤立叶片振动模态中截取所关心酌模态,把风轮与塔架连接点风轮毂中心的运动
作为风轮叶片的牵连运动,在固定坐标系中建立包括风轮载运动的风轮整体模态振动分
析模型,从而导出含风轮毂运动和叶片模态振动的周期系数振动方程困只有风轮叶片

包括风轮叶片集合模态和周期模态。
塔架振动分析模型采用有限元素法建模,在塔架固定坐标系统中描述各单元节电的
独立运动。风轮毂中心作为塔架振动有限元模型的一个节点,它又是与风轮的连接点
风轮与塔架耦合模态综