基于ansysworkbench風力發(fā)電機塔筒模態(tài)分析

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1、學兔兔www.xuetutu.com學兔兔www.xuetutu.com2014年第3期吳存潔，等：基于ANSYSWorkbench的風力發(fā)電機塔筒模態(tài)分析·l9·于受不變載荷作用產生的應力作用，風機結構的固有(1)重力：查得該型號風力發(fā)電機機艙質量為頻率可能會受到影響。為了使模態(tài)分析更加接近實際5．8×1O，葉輪質量為3．2×l0kg，計算機組重力：情況，需要考慮塔筒預應力下的模態(tài)。G1=MXg．3．1塔筒栽荷分析其中：M為機艙和葉輪總重，N；g為重力加速度，取1O風輪、機艙和塔架組成的系統(tǒng)可以作為一個彈性m／s

2、。。經計算Gl一900kN。體來看待，風荷載是造成塔筒振動的主要因素，風對風表2不同高度塔身風荷載力發(fā)電機組的作用主要是通過空氣動力、離心力、重力高度H(m)口(m／s)：()Wk載荷q(2)(kN)31．2731．000．571．000．2525．6和陀螺效應產生的。因此，本文主要考慮風輪推力171．273l_210．57l_2O0．56111．4Frn、輪轂扭矩MyH、塔身風荷載q()、機組偏心力矩241．2731．34O．571．49O．75514．2M、機組自重G、塔身自重G六種載荷。風電機組381．175

3、1．540．571．841．092l5．1451．042l

4、630．571．781．09318．7受載簡圖如圖3所示。540．8811．720．571．711．13618．1720．8391．890．571．731．10416．1(2)機組偏心力矩：M~T—Gl×e．其中：e為機組的偏心距，取1．21TI。經計算得M盯===1080kN·m。(3)輪轂扭矩：依據(jù)力學中的荷載選取理論，本文的輪轂扭矩按式(3)進行計算，即：nMⅢ一一FM．(3)其中：PM為風機額定輸出功率，取1．5×10。kW；為圖3風力發(fā)電機組受載

5、分析簡圖風輪轉速，取17．3r／min。經計算得My一86．73．1．1風輪推力計算kN·m。根據(jù)相關理論，風力發(fā)電機運行時，風輪上受到的3．2預應力模態(tài)計算結果及分析軸向推力F(N)為：利用Workbench對預應力模態(tài)進行求解，表3列FyH—C。S．(1)出了前5階模態(tài)的固有頻率值和振型。表3塔簡預應力模態(tài)的固有頻率和振型其中：為風能利用系數(shù)，一般取值為0．5；S為風輪模態(tài)頻率(Hz)振型掃風面積，在此取4700m。；為風速，在此取11m／s。1階0．34794擺動在額定風速11m／s的風荷載下，根據(jù)葉素理論推

6、2階0．3482擺動導出作用于風輪上的風荷載F一284．35kN。3階2．67771階彎曲振動3．1．2塔身風荷載計算4階2．69571階彎曲振動5階7．13O12階彎扭組合塔身風荷載計算時，將其考慮為柱體高聳結構，依通過預應力模態(tài)計算結果可知，風機塔筒前5階據(jù)GB50009—2001《建筑結構荷載規(guī)范》中采用的風固有頻率在0．34794Hz～7．1301Hz范圍內，振型荷載標準值公式確定，因此塔筒表面上單位面積的風主要為彎曲和彎扭組合，圖4(a)、圖4(b)、圖4(c)分別荷載標準值W(kN·m)為：表示擺動、1

7、階彎曲振動和2階彎扭組合狀態(tài)下的預Wk一W0．(2)應力模態(tài)振型。基于計算結果可以對額定風速下風機其中：為2高度處的風振系數(shù)；為風荷載體型系塔筒的設計進行評價。數(shù)；為風壓高度變化系數(shù)；W。為基本風壓，kN／m。依據(jù)GB50009—20016建筑結構荷載規(guī)范》，并結合風場地理環(huán)境來確定，，和W。。塔筒高度處的風載荷為q()，由風壓力公式q(z)：W×A求得(其中A為塔筒在不同高度處的投影面積)。將具體參數(shù)代人式(2)和風壓力公式可求得■■■塔身風荷載，本文主要選取計算了幾個代表性節(jié)點高(a)擺動(b)l階彎曲振動(c

8、)2階彎扭組合度的荷載，其計算結果見表2。圖4預應力模態(tài)振型3．1．3其他荷載計算學兔兔www.xuetutu.com·20·機械工程與自動化2014年第3期4結論的振動特性，確保塔筒在各種工況下都不會產生共振。(1)本文運用ANSYS軟件中的Workbench分別(4)本文通過有、無預應力模態(tài)分析，為塔筒結對塔筒進行了模態(tài)分析和預應力模態(tài)分析，確定了塔構的分析提供了重要的模態(tài)參數(shù)，為改進和提高塔筒筒的固有頻率和振型以及預應力下的振動特性，為避的設計提供了理論依據(jù)，同時為該結構的進一步優(yōu)化免塔筒產生共振現(xiàn)象提供了重

9、要振動模態(tài)參數(shù)。和動力學分析奠定了基礎。(2)本文依據(jù)的風力發(fā)電機的風輪轉速約為17參考文獻：r／min，則其旋轉頻率為．廠一17／60—0．283Hz，風輪共Eli凌桂龍，丁金濱，溫正．ANSYSWorkbench13．0從入門到精通EM]．北京：清華大學出版社，2012．有3個葉片，故3倍旋轉頻率為3f=0．849Hz。根據(jù)E2]趙文濤，曹平周，陳建峰．