風(fēng)力機運行在復(fù)雜的自然環(huán)境中,塔筒作為風(fēng)力發(fā)電機的主要支撐結(jié)構(gòu),除受到作用在筒壁上的空氣動力荷載與塔身自重之外,還受到由風(fēng)輪和機艙傳遞的重力、水平推力以及偏航力矩等,其力學(xué)特性直接影響到風(fēng)力發(fā)電機的工作性能。本文主要采用有限元方法結(jié)合Isight軟件對風(fēng)力機塔筒進(jìn)行穩(wěn)定性和優(yōu)化分析。風(fēng)力機主要由葉輪、機艙和塔筒組成,各個組成部分的材料、設(shè)計及制造都有很大差異。對于風(fēng)力機塔筒部分的設(shè)計,為了要滿足剛度、強度和穩(wěn)定性等要求,首先要計算塔筒所受的荷載。本文分析研究了風(fēng)力機塔筒的荷載作用特點,利用GH-Bladed軟件、簡化公式和日本規(guī)范三種不同方法計算風(fēng)力機塔筒的荷載,為塔筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了參考依據(jù)。本文利用Abaqus軟件結(jié)合Python語言建立風(fēng)力機塔筒的有限元模型,對塔筒進(jìn)行模態(tài)分析、線性屈曲分析和非線性屈曲分析。利用歐洲ENV1993-1-6規(guī)范和德國DIN18800-4規(guī)范驗算多荷載聯(lián)合作用下的風(fēng)力機塔筒的穩(wěn)定性,以確定塔筒的極限屈曲荷載,為塔筒的改進(jìn)與加強提供依據(jù)。加勁薄殼結(jié)構(gòu)具有更高的抗彎剛度和屈曲承載能力,因此在風(fēng)力機塔筒內(nèi)壁設(shè)置加勁肋,可以有效提高風(fēng)力機塔筒承載能力。本文對比分析了常規(guī)塔筒和內(nèi)加勁塔筒的穩(wěn)定性,同時考慮了初始缺陷對塔筒穩(wěn)定性的影響。研究表明,加勁肋可以提高塔筒的極限屈曲荷載,計算塔筒極限屈曲荷載必須考慮初始缺陷的影響。加勁肋的設(shè)置限制了塔筒的局部屈曲,改變了構(gòu)件的破壞模式,提高了構(gòu)件的延性和承載力。塔筒參數(shù)直徑、各段厚度以及加勁肋的尺寸、布局直接影響了塔筒的造價和安全性能。本文基于Isight軟件利用NSGA-II算法,在考慮了穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上對內(nèi)加勁風(fēng)力機塔筒的厚度、加勁肋尺寸和根數(shù)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。優(yōu)化后塔筒的壁厚減小,位移和應(yīng)力增大,塔筒質(zhì)量減小,說明風(fēng)力機塔筒在滿足約束和穩(wěn)定性要求的前提下,材料得到充分利用。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM315
【部分圖文】：

力發(fā)電技術(shù)的日益成熟，風(fēng)力發(fā)電機組的單機裝機容同發(fā)電量下機組建設(shè)的成本，一定程度上提高風(fēng)電項西部，而用電負(fù)荷集中在東部及沿海省份，高壓輸電源。為此，國家提倡發(fā)展分散式風(fēng)電，可將風(fēng)電開發(fā)，海上風(fēng)電場可以減少對東南沿海地區(qū)的土地資源占利用率。利用的主要形式，風(fēng)力發(fā)電機組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能和并網(wǎng)型。其中獨立型風(fēng)力發(fā)電機指的是單臺機獨立風(fēng)力發(fā)電機指的是以機群布陣的。風(fēng)力機按主軸和葉和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機兩類：葉片旋轉(zhuǎn)軸與葉片垂直的片旋轉(zhuǎn)軸與葉片平行的為垂直軸風(fēng)力機（如圖 1.3b）。，但與水平軸風(fēng)力發(fā)電機相比，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機存等缺點，所以目前占市場主導(dǎo)地位的是水平軸風(fēng)機。

圖 1.4 風(fēng)力機發(fā)電機組組成(b) 圓錐形鋼塔筒 (c) 混凝土塔筒圖 1.5 風(fēng)力機塔架形式研究現(xiàn)狀將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為機械能，因此葉輪是風(fēng)部件的載荷也主要是由葉輪上受到的載荷

(a) 格構(gòu)式鋼塔架 (b) 圓錐形鋼塔筒 (c) 混凝土塔筒 (d) 鋼混組合塔筒圖 1.5 風(fēng)力機塔架形式1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 風(fēng)力機塔筒荷載研究現(xiàn)狀風(fēng)力發(fā)電機通過葉輪將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為機械能，因此葉輪是風(fēng)力發(fā)電機組中最主要的受力部件，風(fēng)力發(fā)電機中其它部件的載荷也主要是由葉輪上受到的載荷引起的。由于風(fēng)力發(fā)電機組長時間處于復(fù)雜的自然環(huán)境中，當(dāng)遇到陣風(fēng)時，風(fēng)速瞬時變化可達(dá)到幾十米每秒，這給風(fēng)力發(fā)電機組造成了極大的瞬時負(fù)荷。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)生故障而緊急停機時，也會造成極大的瞬時負(fù)荷。自然環(huán)境中的風(fēng)速、風(fēng)向隨時都在變化，風(fēng)輪在不停的轉(zhuǎn)動，這也會給風(fēng)力發(fā)電機組帶來非常復(fù)雜的交變載荷。因此，風(fēng)力發(fā)電機組上的載荷將直接影響風(fēng)力發(fā)電機組的強度和壽命。國外對于風(fēng)力機葉片載荷的研究相對較早，在 1990 年就有人成立機構(gòu)并制定了檢測標(biāo)準(zhǔn)和建立了完善的相關(guān)知識技術(shù)體系，并對不同類型風(fēng)機葉片的翼型、結(jié)構(gòu)、制造工藝、氣動特性等開展了研究。2006 年，Thomsen K[2]對風(fēng)力機葉片進(jìn)行加載直至葉片破壞，記錄了整個加載過程中位移的變化過程。Jense FM[3]等人將試驗結(jié)果和有限元分析進(jìn)行了比較，并對該葉片的
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本文編號：2868973