基于多體模型的水平軸風(fēng)力機(jī)固有特性分析.pdf

1、現(xiàn)代大型風(fēng)力機(jī)具有葉片、主軸和塔架等部件柔性較大的特性，引起系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性及其分析方法不同于傳統(tǒng)的相對(duì)剛性的風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)。本文研究針對(duì)大型風(fēng)力機(jī)在風(fēng)輪靜止和變速轉(zhuǎn)動(dòng)下的振動(dòng)模態(tài)及其變化特點(diǎn)，研究彈性變形、慣性和陀螺效應(yīng)引起的系統(tǒng)各階模態(tài)變化及其對(duì)系統(tǒng)氣彈穩(wěn)定性的影響。研究對(duì)于大型風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和保證安全穩(wěn)定運(yùn)行具有較重要的理論和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　基于美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的5兆瓦水平軸風(fēng)力機(jī)作為分析模型，采用超級(jí)單元

2、模型將柔性構(gòu)件離散為帶有力元彈簧和阻尼器的旋轉(zhuǎn)鉸連接特定個(gè)數(shù)的剛體。通過(guò)對(duì)線性特征值分析方法的研究，結(jié)合動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS，建立了整機(jī)系統(tǒng)的多體系統(tǒng)模型，對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)下整機(jī)系統(tǒng)的線性特征值問(wèn)題進(jìn)行了分析，得到了該狀態(tài)下系統(tǒng)的前10階固有頻率和振型，研究了各部件相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)振動(dòng)形態(tài)的耦合影響;然后，考慮柔性構(gòu)件較大的彈性變形所帶來(lái)的非線性特性和風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)所帶來(lái)的系統(tǒng)時(shí)變特性，應(yīng)用剛性積分方法對(duì)系統(tǒng)的非線性控制方程進(jìn)行數(shù)值求解，通過(guò)頻域分析

3、方法，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)條件下系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)模態(tài)識(shí)別，對(duì)系統(tǒng)前十階模態(tài)的變化及其影響因素進(jìn)行了詳細(xì)的討論和分析。
　　此外，根據(jù)風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，構(gòu)建了整機(jī)系統(tǒng)的樹(shù)結(jié)構(gòu)拓?fù)錁?gòu)型，基于多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論，建立了系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)方程，研究了其數(shù)值求解方法，采用Matlab軟件編寫了動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算程序。通過(guò)對(duì)脈沖激勵(lì)的時(shí)域響應(yīng)和頻域響應(yīng)進(jìn)行分析，研究了風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)其固有特性的影響，表明:風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，出現(xiàn)葉片揮舞或擺振模態(tài)與風(fēng)輪向前回旋和向后回旋模