在濕冷地區(qū)運行的風力機組,結冰是影響風力機安全可靠性的主要因素之一。槳葉覆冰使風力機組效率降低,輸出功率減少,嚴重覆冰時還將導致機組的非計劃停機,影響電網系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。 由于目前還沒有成熟的風力機槳葉除冰技術,本文提出了一種基于超聲波技術的槳葉除冰新方法,探明了超聲波對覆冰的作用機理,推導出界面剪切應力集中系數(shù)與輸入功率之間的定量關系。通過建立壓電結構耦合分析的計算模型,計算得到換能器不同安裝距離下的最佳除冰頻率,所得結論與實驗結果相吻合,基于此,超聲波的風力機槳葉除冰技術是有效的。 本文對槳葉的覆冰機理與影響槳葉覆冰的因素進行了研究。根據(jù)槳葉覆冰的特點,在Solidworks軟件中建立潔凈與覆冰槳葉的物理模型,借助有限元分析軟件ANSYS,計算了槳葉在靜止狀態(tài)下、旋轉狀態(tài)下及不同覆冰厚度下的前五階固有頻率與振型,得到轉速、覆冰厚度對槳葉動力特性的影響,這些研究為槳葉覆冰狀態(tài)檢測提供了理論依據(jù)。 利用所建立的槳葉覆冰物理模型,對覆冰槳葉進行耦合計算,得到覆冰與基板界面處的節(jié)點應力值,并與覆冰的最大粘附應力0.4MPa進行比較,得到應用于風力機槳葉的最佳除冰頻率及換能器的安裝間距。...

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景和意義
    1.2 國內外風力機防除冰技術發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.2 國內發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.3 存在的難點問題
    1.3 本文研究內容
第2章 風力機槳葉覆冰機理與影響因素分析
    2.1 風力機槳葉覆冰機理
        2.1.1 槳葉覆冰的氣象條件
        2.1.2 槳葉覆冰的分類
    2.2 槳葉覆冰的影響因素分析
        2.2.1 氣溫對槳葉覆冰的影響
        2.2.2 空氣濕度對槳葉覆冰的影響
        2.2.3 不同相對風速對槳葉覆冰的影響
        2.2.4 槳葉材料特性對覆冰的影響
        2.2.5 槳葉氣動參數(shù)對覆冰的影響
    2.3 本章小結
第3章 覆冰狀態(tài)下風力機槳葉動力特性有限元分析
    3.1 風力機槳葉的三維實體建模
        3.1.1 基于 SolidWorks 的風力機槳葉建模方法
        3.1.2 槳葉實體建模舉例
    3.2 覆冰槳葉動力特性的有限元分析方法
        3.2.1 振動系統(tǒng)的基本方程
        3.2.2 覆冰槳葉的有限元動力方程
        3.2.3 槳葉在旋轉狀態(tài)下的振動方程
        3.2.4 風力機槳葉頻率譜響應分析
    3.3 計算實例
        3.3.1 15kW 風力機槳葉在靜止狀態(tài)下的模態(tài)分析
        3.3.2 15kW 風力機槳葉在旋轉狀態(tài)下的模態(tài)分析
        3.3.3 風力機槳葉在不同覆冰厚度下的模態(tài)分析
    3.4 風力機槳葉在不同覆冰厚度下的諧響應
    3.5 本章小結
第4章 風力機槳葉超聲波除冰理論與方法
    4.1 存在于覆冰與復合基板之間的導波
        4.1.1 結構分析
        4.1.2 Lamb 波和 SH 波在板層中激發(fā)的位移場
        4.1.3 板層中的應變場
        4.1.4 Lamb 波和 SH 波在板層中激發(fā)的應力場
    4.2 超聲波除冰機理與能耗
        4.2.1 超聲波的除冰機理
        4.2.2 除冰的能耗
    4.3 超聲波除冰的數(shù)值模擬
        4.3.1 剪切應力的定義
        4.3.2 計算模型的建立
    4.4 有限元數(shù)值計算及結果
        4.4.1 節(jié)點的選取
        4.4.2 計算結果
        4.4.3 不同極化方向下的最佳除冰頻率
        4.4.4 圓片狀壓電陶瓷片的最佳除冰頻率
    4.5 本章小結
第5章 槳葉超聲波除冰裝置開發(fā)及其實驗研究
    5.1 膠結結構中的超聲場數(shù)學模型
        5.1.1 超聲波在膠結結構中的傳播模型
        5.1.2 膠結結構中超聲場的位移傳遞矩陣
        5.1.3 界面處應力表達式
    5.2 除冰裝置原型系統(tǒng)研制
        5.2.1 系統(tǒng)的結構設計
        5.2.2 系統(tǒng)的主要性能設計
    5.3 超聲波除冰的實驗方案與設備
        5.3.1 實驗條件與實驗設備
        5.3.2 實驗內容
        5.3.3 實驗基本步驟
    5.4 實驗結果及實驗數(shù)據(jù)處理分析
        5.4.1 氣象條件對槳葉覆冰的影響
        5.4.2 不同頻率換能器與不同覆冰厚度對除冰效果的影響
        5.4.3 不同頻率下除冰比功率的計算
    5.5 工程中的換能器參數(shù)確定及其安裝方法
        5.5.1 換能器頻率的選擇與安裝部位的確定
        5.5.2 換能器在槳葉內部的安裝
    5.6 本章小結
全文總結
參考文獻
致謝
附錄 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文及科研情況
中文詳細摘要
英文摘要



本文編號：3752199