基于ansysworkbench风力发电机塔筒模态分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com2014年第3期吴存洁，等：基于ANSYSWorkbench的风力发电机塔筒模态分析·l9·于受不变载荷作用产生的应力作用，风机结构的固有(1)重力：查得该型号风力发电机机舱质量为频率可能会受到影响。为了使模态分析更加接近实际5．8×1O，叶轮质量为3．2×l0kg，计算机组重力：情况，需要考虑塔筒预应力下的模态。G1=MXg．3．1塔筒栽荷分析其中：M为机舱和叶轮总重，N；g为重力加速度，取1O风轮、机舱和塔架组成的系统可以作为一个弹性m／s

2、。。经计算Gl一900kN。体来看待，风荷载是造成塔筒振动的主要因素，风对风表2不同高度塔身风荷载力发电机组的作用主要是通过空气动力、离心力、重力高度H(m)口(m／s)：()Wk载荷q(2)(kN)31．2731．000．571．000．2525．6和陀螺效应产生的。因此，本文主要考虑风轮推力171．273l_210．57l_2O0．56111．4Frn、轮毂扭矩MyH、塔身风荷载q()、机组偏心力矩241．2731．34O．571．49O．75514．2M、机组自重G、塔身自重G六种载荷。风电机组381．175

3、1．540．571．841．092l5．1451．042l

4、630．571．781．09318．7受载简图如图3所示。540．8811．720．571．711．13618．1720．8391．890．571．731．10416．1(2)机组偏心力矩：M~T—Gl×e．其中：e为机组的偏心距，取1．21TI。经计算得M盯===1080kN·m。(3)轮毂扭矩：依据力学中的荷载选取理论，本文的轮毂扭矩按式(3)进行计算，即：nMⅢ一一FM．(3)其中：PM为风机额定输出功率，取1．5×10。kW；为图3风力发电机组受载

5、分析简图风轮转速，取17．3r／min。经计算得My一86．73．1．1风轮推力计算kN·m。根据相关理论，风力发电机运行时，风轮上受到的3．2预应力模态计算结果及分析轴向推力F(N)为：利用Workbench对预应力模态进行求解，表3列FyH—C。S．(1)出了前5阶模态的固有频率值和振型。表3塔简预应力模态的固有频率和振型其中：为风能利用系数，一般取值为0．5；S为风轮模态频率(Hz)振型扫风面积，在此取4700m。；为风速，在此取11m／s。1阶0．34794摆动在额定风速11m／s的风荷载下，根据叶素理论推

6、2阶0．3482摆动导出作用于风轮上的风荷载F一284．35kN。3阶2．67771阶弯曲振动3．1．2塔身风荷载计算4阶2．69571阶弯曲振动5阶7．13O12阶弯扭组合塔身风荷载计算时，将其考虑为柱体高耸结构，依通过预应力模态计算结果可知，风机塔筒前5阶据GB50009—2001《建筑结构荷载规范》中采用的风固有频率在0．34794Hz～7．1301Hz范围内，振型荷载标准值公式确定，因此塔筒表面上单位面积的风主要为弯曲和弯扭组合，图4(a)、图4(b)、图4(c)分别荷载标准值W(kN·m)为：表示摆动、1

7、阶弯曲振动和2阶弯扭组合状态下的预Wk一W0．(2)应力模态振型。基于计算结果可以对额定风速下风机其中：为2高度处的风振系数；为风荷载体型系塔筒的设计进行评价。数；为风压高度变化系数；W。为基本风压，kN／m。依据GB50009—20016建筑结构荷载规范》，并结合风场地理环境来确定，，和W。。塔筒高度处的风载荷为q()，由风压力公式q(z)：W×A求得(其中A为塔筒在不同高度处的投影面积)。将具体参数代人式(2)和风压力公式可求得■■■塔身风荷载，本文主要选取计算了几个代表性节点高(a)摆动(b)l阶弯曲振动(c

8、)2阶弯扭组合度的荷载，其计算结果见表2。图4预应力模态振型3．1．3其他荷载计算学兔兔www.xuetutu.com·20·机械工程与自动化2014年第3期4结论的振动特性，确保塔筒在各种工况下都不会产生共振。(1)本文运用ANSYS软件中的Workbench分别(4)本文通过有、无预应力模态分析，为塔筒结对塔筒进行了模态分析和预应力模态分析，确定了塔构的分析提供了重要的模态参数，为改进和提高塔筒筒的固有频率和振型以及预应力下的振动特性，为避的设计提供了理论依据，同时为该结构的进一步优化免塔筒产生共振现象提供了重

9、要振动模态参数。和动力学分析奠定了基础。(2)本文依据的风力发电机的风轮转速约为17参考文献：r／min，则其旋转频率为．厂一17／60—0．283Hz，风轮共Eli凌桂龙，丁金滨，温正．ANSYSWorkbench13．0从入门到精通EM]．北京：清华大学出版社，2012．有3个叶片，故3倍旋转频率为3f=0．849Hz。根据E2]赵文涛，曹平周，陈建峰．