10kW风力发电机组参数设计及其轮毂与塔架分析

摘要

随着工业技术的不断发展,能源的消耗不断加剧,不可再生能源日渐衰竭,但人们对能源的需求却日益增加,为了解决石油等能源不断消耗所带来的危机,发展新能源已经成为世界各国解决能源危机的一个重大目标。风能的优点是清洁高效,目前很多国家为了解决能源供应问题都在积极发展风电产业,而现在大多数国家都在致力于MW级大型风机的发展,对小风机的研究还比较少。
　　本文对10kW风力发电机的设计及分析进行了研究,重点对其参数设计、载荷计算及其轮毂与塔架的性能分析进行了研究。论文的主要研究内容与方法有以下几点:
　　以水平轴风力发电机为对象,研究了水平轴风力发电机的基本结构,并基于风力发电机设计技术和相关理论,对10kW风力发电机的主要参数进行了设计,确定了风机的基本结构和技术路线。
　　研究了风力发电机组运行时所受的各种载荷来源及各种工况下的风速和风机的运行状态;为了便于载荷计算,针对风机的结构,构建了载荷计算坐标系;运用载荷分析软件GH-Bladed建立了10kW风机的计算模型,获得了风机载荷数据。
　　基于GH-Bladed载荷计算结果,利用ANSYS workbench有限元分析软件,建立10kW风力发电机的轮毂有限元分析模型,对其进行静态强度分析,得到各工况下轮毂的应力分布和变形情况,确保轮毂符合强度要求。对轮毂与叶根部分连接螺栓进行了可靠性分析,验证其连接的可靠性。
　　基于GH-Bladed载荷分析数据,利用ANSYS workbench建立了10kW风机塔架的有限元模型,对其进行静态强度分析,得到塔架的应力和位移分布情况,确保其应力和变形满足设计要求。并对塔架于机舱连接螺栓进行了可靠性分析,确保其连接的可靠性。对塔架的动态性能进行研究,通过有限元模态分析,得到塔架的固有频率和振型,确保其不会产生共振,同时研究了塔顶机舱质量对塔架振动的影响。

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第1章 绪论

1.1 选题背景与研究意义

1.2 国内外风力发电发展现状

1.3 小型风力机发展现状

1.4 本文研究内容与方法

第2章 10kW风力发电机组参数设计

2.1风力发电机的基本功能结构与分类

2.2 水平轴风力发电机基本结构

2.3 10kW风力发电机组的主要参数计算

2.4 本章小结

第3章 10kW风力发电机载荷分析与计算

3.1 风力发电机组的载荷分析

3.2 载荷计算坐标系

3.3 风力发电机载荷计算

3.4 本章小结

第4章 10kW风力发电机轮毂性能分析

4.1 轮毂材料参数

4.2 轮毂的载荷

4.3 轮毂网格划分及载荷施加

4.4 轮毂有限元分析结果

4.5 结果分析与结论

4.6 轮毂连接螺栓的强度可靠性分析

4.7 本章小结

第5章 10kW风力发电机塔架性能分析

5.1 塔架静态分析

5.2 塔架连接螺栓的强度可靠性分析

5.3 塔架的动态特性分析

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

致谢

附录 攻读学位期间发表的论文