3风机叶片颤振特性分析及控制技术研究.pdf

1、大型风电机组长柔叶片颤振特性及控制技术研究2024年8月17日汇报人：王速目 录前言12风力机长柔叶片颤振特性研究方法5总结和展望3风力机长柔叶片颤振特征分析4风力机长柔叶片颤振控制方法研究3/34风力机叶片颤振风力机单机功率增大，尺寸上升，颤振问题日益突出叶片：挥舞+摆振+扭转风轮：3叶片+风轮旋转塔架：弯曲+扭转基础：海上浮台运动模态耦合20055MW62m20107.5MW63m201810MW77m2024292m振动复杂工况复杂颤振风险上升机型1F1E2F2E1TNREL5mw0.67Hz1.07Hz1.86Hz3.92Hz5.39HzIEA15mw0.52Hz0.66Hz1.48H

2、z2.12Hz4.07Hz刚度 频率耦合研究意义加强目 录前言12风力机长柔叶片颤振特性研究方法5总结和展望3风力机长柔叶片颤振特征分析4风力机长柔叶片颤振控制方法研究5/34风力机叶片颤振边界识别和颤振后响应分析风力机叶片气弹失稳边界？压气机级特性图和运行危险边界共振跨音失速颤振旋转失速超音失速颤振超音非失速颤振亚音堵塞颤振 结构非线性动态失速LCO Amp颤振超临界分岔系统：临界点以上较小LCO风力机颤振后响应？抵抗结构破坏结构疲劳失效6/34IEA 15MW 基本参数参数单位值额定功率MW15叶片数3风轮半径m117+3切入风速m/s3额定风速m/s10.59切出风速m/s25最小转速r

3、pm5额定转速rpm7.56设计尖速比9.0(8.97)叶型DTU FFA-W3 series1122334455660.002990050.002187750.000841710.002187750.002990050.00084171叶片阻尼：黏性阻尼模型：=其中为阻尼系数，为66刚度矩阵(平动+转动)平动转动IEA 15MW控制策略单叶片模态频率(Hz)1st Flap0.5231st Edge0.6652nd Flap1.4752nd Edge2.1241st Tor4.072数值模拟方法：BEM+GEBT7/34050010001500200004812160481216Wind S

4、peed(m/s)Rotor Speed(rpm)Time(s)Rotor Speed Wind Speed颤振边界额定工况超大型风力机叶片颤振特性风轮失控：转速无控制(仅由风速决定)，风速随时间逐渐增加。经典的风力机危险工况。失控工况颤振点失控工况颤振点延后于稳态颤振边界（125%,300s）稳态计算颤振边界19*22=418个算例14rpm3321m/s引入稳态计算结果IEA 15MWIEA 15MW控制策略风轮失控颤振边界数值模拟方法：BEM+GEBT8/34颤振边界额定工况风轮失控颤振点超大型风力机叶片颤振特性IEA 15MW叶片颤振能量图谱NREL 5MW叶片颤振能量图谱相比于NRE

5、L 5MW，IEA 15MW失控工况颤振点大幅延后于稳态颤振边界。5MW62m15MW117m颤振边界额定工况风轮失控颤振点失控工况颤振点延后于稳态颤振边界（125%）(NREL 5MW:107%)叶片尺寸增大带来的新问题9/34超大型风力机叶片风轮失控颤振分析050010001500200004812160481216Wind Speed(m/s)Rotor Speed(rpm)Time(s)Rotor Speed Wind Speed稳态计算颤振边界风轮失控颤振边界03006009001200151050510151050510Tip Deflection(deg)Tip Deflecti

6、on(m)Time(s)flap edge twistIEA 15MW0500s：风速固定，转速增加 气动力主要对风轮旋转做正功，对叶片振动做功小；风轮开始旋转，达到平衡；弯扭耦合特性(挥舞-扭转)；500800s：风速、转速均上升 气动力主要对风轮旋转做正功，波动；平均功率先后；叶片振动气动功率以挥舞为主；挥舞、扭转平均形变改变；8001150s：风速、转速均上升 风轮旋转气动功率为主，波动平均功率；叶片振动气动功率波动明显增强；挥舞为主，扭转其次；挥舞、扭转方向平均形变、振幅变化；0300600900120042024 105Aero Power(W)Time(s)flap edge tw