水平轴风力发电机主要载荷确定方法

《水平轴风力发电机主要载荷确定方法》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、学兔兔www.xuetutu.com水平轴风力发电机主要载荷的确定方法口宁李谱1,2口麦云飞口刘林1．上海理工大学机械学院上海2000932．河南科技学院机电学院新乡453003摘要：水平轴风力发电机(下称风力机)运行在复杂的自然环境中，所受载荷情况非常复杂。根据风力机系统的结构形式、运动特点和计算需要，建立了坐标系系统。在这个坐标系系统下，讨论了风力机主要载荷的确定方法。关键词：风力发电机载荷计算坐标系中图分类号：TK83文献标识码：A文章编号：1000—4998(2008)10—0032—03风力发电机组依靠风轮将风能转化为机械能，所dr

2、。假设在每个叶索上作用的气流相互之间没有干扰，以风轮是风力机组中最主要的受力部件，风力机组中作用在叶片上的力可分解为升力和阻力二维模型，作其它零部件受到的载荷也主要是由风轮上受到的载荷用在每个叶素单元的合成流速与叶片平面的夹角为攻造成的。风力机运行在复杂的自然环境中，所受载荷情角。这时，将作用在每个叶素上的力和力矩沿叶片展向况非常复杂，风轮的载荷是指作用在风轮上的力和力积分，就可以求得作用在风轮上的力和力矩。矩，有空气动力、惯性力和结构力，其中空气动力最复对每个叶素来说，其速度可以分解为垂直于风轮杂。因此，施加在风力机组上的这些载荷将直接影响

3、风旋转平面的分量和平行于风轮旋转平面的分量力机组的强度和寿命。为确保风力机在其设计寿命内。速度三角形和空气动力分量如图1所示。图中能够正常地运行，必须对风力机及其零部件所受外载为入流角，为攻角，为叶片在叶素处的几何扭角荷进行计算。以水平轴风力机为研究对象，借助于适当(桨距角)，为来流速度。风轮叶片数目Ⅳ，叶尖半径的坐标系讨论了风力机主要载荷的计算方法。，每个叶片剖面弦长C，弦长和桨距角沿叶片展向变化，叶片以角速度旋转，由动量理论可知，当考虑风1风力机的负载来源轮后尾流旋转时：1)气动力。气动力为负载的主要来源，与功率产生r=(1—0)有关，在

4、风力机组结构设计中，考虑为大风和引起疲劳i‰：，(1+。，)()损坏的气动负载。大风时叶片静止，此时阻力是主要考式中：。为轴向诱导因子；o为周向诱导因子；叶素处虑因素；叶片旋转运行时，升力是主要考虑因素。的合成气流速度为。2)重力。重力是施加在叶片上的一个重要力，尤其叶素处的人流角是合成流速与旋转平面的夹对于大型风力机组来说。机舱重量对于塔架设计和机角。可表示为：组安装很重要。sin==c=鲁=(2)3)惯性载荷(包括离心力和陀螺力)。由于部件运攻角可表示为：=咖一卢(3)动时产生的力，叶片旋转会产生离心力。叶片旋转时进行偏航会产生陀螺力，在

5、偏航速率高时，陀螺力会很这样，求出攻角后，就可得到叶素的升力系数大。C和阻力系数Co，合成气流速度引起的作用在长度为dr叶素上的空气动力d可以分解为法向力4)来自于控制系统的运行载荷。风力机组在运行dF和切向力d：时，由控制产生的载荷，如刹车、偏航、变距、脱网动作等，都会引起机组结构和部件上的负载变化。ldF．：pccnur【d／2⋯d=14opeCdr／22风力机主要载荷的计算方法式中：p为空气密度；C为叶素剖面弦长；G、G分别表2．1叶素理论示法向力系数和切向力系数，即：叶素理论的基本出发点是将叶片沿展向分成许多IC=CLCOS咖+CDs

6、in咖I，c：csin一C~eos微段，称这些微段为叶素，多个圆环，半径r，径向宽收稿日期：2008#4月2．2风力机主要栽荷的确定方法回2∞8／lo机械制造46卷第53o期学兔兔www.xuetutu.com风力发电机组的外界载荷主要作用在叶片上，而作用在塔架上的载荷(包括扭矩、轴向和侧向的弯矩)也主要是由叶片上所受的载荷引起的。作用在叶片上的载荷包括空气动力和惯性力等交变载荷和重力载荷。风力机运行在复杂的自然环境中，受力情况复杂。如果要对风力机各3)惯性载荷，叶片上的惯性载荷包括离心力和陀个零部件进行载荷计算，就必须选择恰当的计算工具。螺

7、力。由于风轮旋转而产生的作用在叶片上的离心力而坐标系是一种很好的辅助工具，在恰当的坐标系下总是沿叶片向外的。当作用在叶片上的挥舞方向弯矩可以方便快捷的计算。一AA，--：系统根据GL规范定义，如使柔性叶片偏离风轮旋转平面时，叶片上的离心力在图2所示。挥舞方向产生的弯矩可以减小叶片的偏离，称之为离心1)空气动力载荷，作用在叶片上的载荷包括摆振力刚化叶片效应。作用在叶片上的离心力FZ可表示方向的剪力F和弯矩Mx挥舞方向的剪力n和为：R弯矩，以及变桨距时与变桨距力矩平衡的叶片俯FzB：l△厶mf∞dr(9)仰力矩Mz。叶片上的空气动力载荷可根据叶素

8、理论J0进行计算，计算时先求出轴向诱导因子。和周向诱导式中：△厶为第段叶素偏离风轮旋转片面的距离。因子，再根据式(4)求得叶素上的气流速度三角形当风轮旋转并同时作偏