基于三维风模型的风力机叶片载荷计算和偏移分析.pdf

《基于三维风模型的风力机叶片载荷计算和偏移分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、基于三维风模型的风力机叶片载荷计算和偏移分析张少帅。，高桃桃，顾兆丹，程颖(1．连云港杰瑞电子有限公司，江苏连云港222006；2．华北电力大学机械工程系，河北保定071003)AerodynamicLoadCalculationandBladeDeflectionsAnalysisforHorizontalAxisWindTurbineZHANGShao—shuai，GAOTao—tao，GUZhao—dan，CHENGYing(1-LianyungangJARIElectronicsCo·，Ltd．，Lianyun~ang222006，China；2．DepartmentofMec

2、hanicalEngineering，NorthChinaElectricPowerUniversity，Baoding071003，China)摘要：研究了风剪切、塔影效应和湍流影响下的Keywords：windturbine；loadcalculation；de叶片有效风速模型和气动载荷的计算方法。并以额flections；windshear；towershadow；turbulence定功率为2MW水平轴三叶片风力机为例，应用Bladed软件，分别在考虑风剪切、塔影效应和考虑0引言风剪切、塔影效应、风湍流2种情况下，对叶素挥舞方向(即垂直于风轮平面的方向)的风速分量、摆振随着风力

3、机发展的大型化，风力机塔架越来越方向(即平行于风轮平面的方向)的风速分量，相对高，叶片半径越来越大，使得风剪切、塔影效应和湍风速，摆振载荷和挥舞载荷，以及叶尖在摆振和挥舞流对风力机的影响越来越显著[1]。风剪切是指风方向的偏移进行计算和仿真分析。速随垂直高度的变化，塔影效应是指风遇到塔架堵关键词：风力机；载荷计算；偏移；风剪切；塔影塞改变大小和方向，二者是一个周期性变化的过程，效应；湍流使叶片在不同的截面和方位角处的风速和载荷不中图分类号：TM315；TM83同，呈现周期性变化口]。三维湍流风是指在纵向、横文献标识码：A向和竖向3个方向的风速是时刻变化的，这更能反文章编号：1001—2

4、257(2012)10～0018—04映出自然风的真实情况。用现实中大气层湍流的统Abstract：Thispaperstudiedtheeffectivewind计性表达形式，可以产生一种三维湍流风场。载荷speedmodelsandtheaerodynamicloadcalculation计算是风力机设计中最为关键的基础性工作，也是methodconsideringtheimpactofwindshear，tower所有后续风力机设计、分析工作的基础。采用动量一shadowandturbulence．BasedonBladedsoftware，叶素理论是目前风力机载荷的主要确定方法

5、]。established2MWthree—bladehorizontalaxis1风轮叶片上的有效风速模型windturbinemodel，andasanexample，calculated由于风剪切、塔影效应和风湍流的影响，风力机andanalyzethewindspeedcomponentsonedge—叶片将受到不平衡载荷的作用，即叶片在不同的高wise(thedirectionofparalleltothewindwheel度和位置所受的作用力不同，从而造成风轮的拍打plane)directionandflapwise(thedirectionofper—振动]。pendic

6、ulartothewindwheelplane)direction，the选择叶片坐标系，原点位于叶根截面中心，z轴relativewindspeed，edgewiseloadandflapwise沿叶片径向变桨轴，x轴沿主轴方向，y轴垂直于叶load，thedeflectionofbladeonedgewisedirection片轴和主轴。可通过叶片的方位角确定桨叶所处andflapwisedirection．的位置。V。为轮毂中心风速；H。为轮毂中心高度；收稿日期：2012—05—22r为距风力机转轴中心距离；H为高度为dr的叶·18·《机械与电子)2012(10)于三维风模型素的

7、离地高度，其与叶片方位角之间的关系为：一1一艮H，一Ho+t'COS0(1)一2．357口一0．7611．1风剪切效应模型口一0．535+2．76(0．138一A)。·。。作用在叶片i的叶素上的风剪切风速模型为：A一0．115[1+O．315(1一z／h)]为相对于地面的高度；h为边界层高度。枷)一(1十未c0s)V。(2)由上面的ImprovedvonKarman模型，可以计为叶片i的方位角；a为风剪切指数。算出自频谱密度和空间交叉相关特性，