兆瓦级垂直轴风力发电机组仿生塔架性能分析.docx

文章编号:1673－0062(2014)02－0054－07兆瓦级垂直轴风力发电机组仿生塔架性能分析谭季秋1，2，卿上乐1(1．湖南工程学院机械工程学院，湖南湘潭411101;2．湖南省风电装备与电能变换协同创新中心，湖南湘潭411101)摘要:为避免兆瓦级风力发电机组风激共振破坏问题，采用流体控制方程建立了兆瓦级垂直轴风力发电机组仿生塔架流场模型，模仿棕榈树树干直径随高度变化的规律，分3段建立仿生塔架，对兆瓦级垂直轴风力发电机组塔架进行了流固耦合数值分析．结果表明，仿生塔架与同类项普通塔架相比，兆瓦级垂直轴风力发电机组仿生塔架变形虽然稍有增大，但能满足风机塔架的变形设计要求，其最大应力下降了3MPa，1阶固有频率避开了共振的频率范围，材料用量减小了10%，减轻了塔架的质量．关键词:仿生塔架;流固耦合;模态分析;兆瓦级风力发电机组中图分类号:TM614文献标识码:BPerformanceAnalysisofMegawattVerticalAxisWindTurbineBionicTowerTANJi-qiu1，2，QINShang-le1(1．DepartmentofMechanicalEngineering，HunanInstituteofEngineering，Xiangtan，Hunan411101，China;2．TheHunanCooperativeInnovationCenterofWindPowerEquipmentandEnergyConversion，Xiangtan，Hunan411101，China)Abstract:Toavoidtheresonancedamageofmegawattwindturbine，afluid-structureinter-actionnumericalanalysisofmegawattverticalaxiswindturbinewasdonebytheestablish-mentofbionictowerflowfieldmodelusingfluidflowcontrolequations．Abionictowerwassetupwiththreesteps，imitatingthediameterchangeruleofpalmtreetrunkwithheight．Theresultsshowthatthebionictowerofmegawattverticalaxiswindturbinemeetsthere-quirementsofdeformation．Comparedwiththecommontower，themaximumdeformationofmegawattverticalaxiswindturbineofthebionictowerincreased，atthesametime，themaximumstressdecreased3MPa，the1ordernaturalfrequencyavoidedtheresonancefre-quencyrangeandthematerialconsumptionreducedby10%，whichmeanstheweightofthetowerwerereduced．收稿日期:2014－04－10作者简介:谭季秋(1964－)，女，湖南湘乡人，湖南工程学院机械学院副教授，硕士．主要研究方向:风电及其动力学．谭季秋等:兆瓦级垂直轴风力发电机组仿生塔架性能分析55第28卷第2期keywords:bionictower;fluid-structureinteraction;modalanalysis;megawattwindturbine随着能源危机的加深，世界各国正通过各种技术手段来减缓能源危机的影响［1-2］．随着世界各国对能源需求的持续增长［3］与日益严格的环境法规，目前兆瓦级风力发电机组已成为风能利用的主流设备［4-5］．在兆瓦级风力发电机组中，其塔架不仅要支撑兆瓦级风力发电机组的重量，还要承受吹向兆瓦级风力发电机组的风压和兆瓦级风力发电机组运行中的动载荷［6-7］．因而，兆瓦级风力发电机组塔架是兆瓦级风力发电机组正常运行的重要部件之一，塔架在不同工况下是否安全可靠是整个兆瓦级风力发电机组正常运行的前提，塔架的设计制造就显得尤为关键．目前国内外对风力发电机组振动的研究主要集中在偏航系统和桨叶方面［6-10］，且没有考虑采用流固耦合法对其进行振动研究．如文献［11］采用多自由度模态分析理论和次空间迭代法相结合的方法对水平轴风力发电机塔架的振动模态进行了数学建模和仿真．文献［12］采用有限单元法对构建的风力机塔架有限元模型进行动力学性能分析，取得了较理想的效果．文献［13］对风速变化过程中塔筒的静态挠度、