大型垂直軸風(fēng)機的優(yōu)化、動力特性及疲勞研究.pdf

1、隨著人類社會進(jìn)入21世紀(jì)和經(jīng)濟的飛速發(fā)展，世界各國都面臨著人口、資源、環(huán)境的重大壓力。為緩解能源緊張形勢，能源結(jié)構(gòu)開始經(jīng)歷第三次大的變革，即從煤炭、石油、天然氣為主的能源系統(tǒng)，開始轉(zhuǎn)向為以可再生能源為基礎(chǔ)的可持續(xù)發(fā)展的能源系統(tǒng)，開發(fā)利用可再生能源始終是各國政府和科研人員研究、關(guān)注的焦點。風(fēng)能是一項取之不盡，用之不竭的可再生資源。隨著人民生活水平不斷提高，對電力需求不斷增長，風(fēng)力發(fā)電可以滿足不同地區(qū)的要求,專家們預(yù)測，在21世紀(jì)，風(fēng)能將占

2、能源結(jié)構(gòu)的10％以上，其中風(fēng)能發(fā)電總量將達(dá)到全世界發(fā)電總量的15％以上。 與水平軸風(fēng)力機相比，垂直軸風(fēng)力機具有設(shè)計方法先進(jìn)、風(fēng)能利用率高、起動風(fēng)速低、無噪聲等眾多等優(yōu)點。因此，相對于傳統(tǒng)的水平軸風(fēng)力發(fā)電機，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機具有更加廣闊的市場應(yīng)用前景。 本文針對垂直軸風(fēng)力機主軸的結(jié)構(gòu)特點，選取主軸每段壁厚為設(shè)計變量，考慮主軸在風(fēng)載荷作用下的強度，穩(wěn)定性要求和尺寸界限要求，以主軸重量最輕和提高主軸低階固有頻率為目標(biāo)函數(shù)，建立

3、優(yōu)化模型對主軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算。 根據(jù)《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的要求，計算風(fēng)力機結(jié)構(gòu)承受的風(fēng)載荷，并建立風(fēng)力機有限元模型進(jìn)行靜力穩(wěn)定性分析。 本文對某垂直軸風(fēng)力機結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動態(tài)分析，應(yīng)用Lanczos法求解動態(tài)方程獲得風(fēng)機整機及葉片的模態(tài)參數(shù)——固有頻率和振型。根據(jù)風(fēng)機在不同轉(zhuǎn)速下的結(jié)構(gòu)固有頻率繪制Campbell圖，通過分析Campbell圖確定風(fēng)機容易發(fā)生共振的區(qū)域，盡量避免共振現(xiàn)象的發(fā)生。并計算了風(fēng)機的臨界轉(zhuǎn)速，以判斷