S型叶尖小翼对风轮振动频率影响的研究

利用PULSE16.1结构振动分析系统,针对直径1.4m的小型水平轴风力机风轮分别在安装S型叶尖小翼与否的状态下进行静、动频测试,通过静频数据结合谱分析法识别风轮动频。研究发现,S型叶尖小翼导致风轮1、2阶振动静频下降,其对2阶振动静频的衰减幅值较1阶振动大,对同阶反对称振动静频的衰减作用较对称振动大,并具有显著调节风轮2阶反对称振动动频和对称振动动频间差值的效用。同时发现,S型叶尖小翼可有效改变风轮1、2阶振动动频曲线走势,从而有效调节风轮进入和脱离共振区的转速,这对于风轮最佳转速设计和避免共振设计具有较重要的意义。S型叶尖小翼对圆盘效应振动频率和轴向窜动效应振动频率影响很小,但在很大区域的转速范围内,圆盘效应振动动频曲线总是伴随风轮转速1倍频,并出现在1倍频振动带范围内,这一发现有可能为很多风力机叶片在远短于设计寿命期内频繁发生疲劳损伤事故提供新的解释。     

风轮固有振动频率随工况变化的响应特性

为了获得风轮1,2阶振动频率随工况变化的敏感性,寻找风力机避振设计的主要途径及准确判别风力机发生疲劳损伤或断裂事故的主要诱因,利用流固耦合分析方法,针对某小型水平轴风力机风轮进行数值模态分析,分别获得了风轮1,2阶振动频率随来流风速和离心力变化的响应曲线,并用试验验证了数值计算结果的可靠性。研究结果表明:离心力对风轮动态振动频率的影响较气动载荷显著;风轮1阶对称振动频率随工况变化最为敏感,其触发的振动应力大于风轮其他1,2阶振动应力,是风轮结构动力学特性设计中最值得关注的参数;风轮1阶动频随气动载荷变化的生长规律呈二次方曲线形式,2阶动频随气动载荷变化的生长规律呈线性。