大型风电机组叶片颤振特性的研究

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我区位于西北内陆的高原区,是典型的大陆性半干旱半湿润气候,气候相对比较干燥,风沙较大,平均海拔超过1000m。目前我区的风电场大多数是位于像长头山、红寺堡、麻黄山、大水坑、大战场、太阳山等环境比较恶劣的地区,这样就使得风力机经常会受到雷电、沙尘、冰雪等恶劣环境的侵袭。据风电场相关统计,风力机的叶片在整机中的故障率约占三分之一左右。由于风力机叶片经常处于随机风载作用下运转,在这种工况下,叶片极易出现颤振现象。许多情况下,颤振是有害的,它常常是造成机械结构破坏和失效以及导致灾难性事故的主要原因之一。应合作企业的要求,通过对风力发电机叶片的颤振分析研究可以将对叶片出现事故后的被动维修变为设计之初就对颤振问题的预防。从根本上减少或预防风力机故障的发生。通过对太阳山地区运行的风力机近几年出现故障的统计数据,以及运维人员的维修经历知道,风力机叶片因颤振而出现的故障时有发生,因此应企业的要求对风力机颤振的问题进行展开研究,希望在分析的过程中能够提出一种有效抑制叶片颤振的方法,以此来减轻企业运维人员的工作量,同时为企业节约一定的维修成本。太阳山风电场位于吴忠市太阳山开发区,装机总量已超过290MW,运行的风力机主要以1.OMW、1.5MW、2.5MW为主。本文以太阳山地区运行的1.5MW的风力机的叶片为研究对象,对叶片在运行过程中产生的颤振问题进行研究和分析。根据叶片的基本结构和受力情况对翼型建立相应的物理模型,并推导出翼型的运动微分方程;从气动弹性力学问题出发,分析叶片颤振发生的机理,研究叶片气动弹性稳定性;针对叶片的颤振问题从能量转换的角度出发提出采用阻尼抑颤结构,并建立阻尼叶片的抑颤模型,并对其进行计算分析;通过Matlab对1.5MW的风力机的专有翼型,进行的颤特性的数值仿真,以此来验证阻尼叶片抑制颤振的效果,以及该方法的可行性。由仿真结果可以看出附加阻尼叶片可以有效地抑制叶片的颤振,提高自身运行的稳定性,同时减少风力机因叶片颤振引发的风电事故,对风力机叶片的优化设计和前瞻性维护具有一定的指导意义。
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