万通风机优化目标:
在风机设计的过程中,度电成本((COE, Cost of Energy)作为最终的设计优化A标被提出t4l
COE Cost/Energy
在能量产出方面,Betz极限给出了Cp的理论极限川.从而指导着能量产出的理论极限的计算.而在成本方面,通过减少风机结构的刚性载荷(以下简称“载荷”),从而对结构体的力学要求,进而降低材料的用量或性能要求,是减少风机成本的一个重要方面。
载荷分类:
风机的载荷从来源上分为气动力(升力和阻力)、重力、惯性力(离心力和陀螺效应)。为了从理论上研究最小化风机所承受的载荷这一目标.我们从另一角度将载荷分为有效的载荷和无效的载荷两个部分来进行分析。
有效的载荷是指为了保证风力发电机正常运转所必须受到的载荷,如推动风轮转动的力、发电机主轴上传递的扭矩等,这些载荷是功率传递的必要载荷。对于这部分载荷.通常的考虑是通过减少传递环节和减少传递路径长度来减少该载荷对风机成本的影响(如直驱风机的出现).
无效的载荷是指对风力发电机来说不必要的载荷.如上风向的叶片在高风速下为了避免撞塔事故而承受的载荷、停机状态极限风速下刚性叶片的载荷等.这部分载荷不是风机功率传递所必须的.但却是为保证风机的安全运行所需要承受的载荷,这部分载荷通过深入的分析和适当的设计是可以减小甚至避免的(如刚性风机在极限风速下的载荷).
柔性风机概念:
柔性风机(Flexible Wind Turbine)的概念可以从基本的动力学方程出发得出
MX" + C1 X' +C2 X' + KX=F(t)
其中,M是质量矩阵,Ct和C2分别代表空气动力和结构的阻尼系数矩阵.K是刚度矩阵.F(t)是外力.X表示位移,是位移随时间的变化里X(r)的简写,X'表示位移的一阶导数即速度,X“表示位移的二阶导数即加速度.以上公式的含义即为:惯性力+气动阻尼+结构阻尼+刚性载荷,外力。而减小其中的刚度矩阵即K,是有效减少成本的关键。
刚性结构是指那些结构体形状相对固定,形变小的结构。对刚性结构来说,当外力发生时,位移X相对较小,因而速度和加速度都只能以高频振动的方式存在.X‘和X“均较小.即气动阻尼和结构阻尼都比较小,因此,更多的载荷F(r)要由 结构的刚度KX来承担:同时,为了提供相同的KX,较小的位移X也愈味着较大的刚度矩阵K,而较大的刚度意味着更昂贵的材料或更笨孟的结构。http://www.guangdofj.com
而柔性结构则允许结构体的形状和位置防着外力的作用发生较大的变化。由于位移X可以比较大.速度和加速度除了以振动方式存在的部分之外,也可以随月O变化.起到更好的调节作用.较大的气动阻尼和结构阻尼使得载荷月t)可以更多地通过阻尼器C:和C2的动态响应来分担,而不是单纯依靠刚度K,因而柔性结构可以采用性能参数较低此如较低的应力/A变极限)的材料,或者减少材料的用最(U如减少叶片的壁厚)。这不仅大大降低了叶片和塔架材料的成本,广州市万通通风设备有限公司最终降低了整个风机的造价。
总之.与刚性风机相比,柔性风机通过柔性的结构弹性和气动弹性以及较大的形变或位移.来减少刚性矩阵要承受的刚性载荷,从而减少风机造价,提高风机的性价比。