针对叶片结构设计过程中叶片结构变化对风电机组性能及安全性的影响,利用GH Bladed对某73.2 m叶片进行仿真计算,通过探究扭转刚度、摆振刚度、抗弯刚度对风电机组的净空、风能利用率、发电量及载荷的影响,分析不同的刚度变化情况对机组性能及安全性的影响程度,为叶片结构设计提供依据,更加快速准确地推进叶片设计进程。结果表明,在提高发电量的前提下,叶片结构调整应该增加叶片扭转刚度和挥舞刚度,降低叶片摆振刚度,提高叶片挥舞刚度能够明显提高叶片净空及发电量,但同时会增加叶根载荷;在降低叶根合弯矩载荷的前提下,叶片结构调整应该增加叶片扭转刚度,增加叶片摆振刚度,降低叶片挥舞刚度。因此在实际调整中,需要根据载荷和发电量的实际情况进行平衡。

针对3MW水平轴风力机,为了探究多载荷共同作用对风力机结构部件的影响效果,本文利用GH Bladed对3.2MW风力机进行仿真计算,通过探究气动载荷和地震作用对风力机结构受力特性的影响,证明了在风力机载荷计算中考虑地震作用的必要性。结果表明,当载荷共同作用时,结构载荷随着地震动加速度值增大而增大,说明结构载荷与地震动加速度值之间呈正相关性;相较于稳态风,湍流风变化的波动性会使结构的承受载荷增大。相关研究成果为风力机的结构优化设计和安全运行提供数据参考。

针对DU翼型水平轴风力机,为了探究气动载荷作用对风力机叶片-塔架净空的影响,利用GH Bladed对5 MW风力机进行仿真计算,通过探究风速、桨距角、功率对风力机叶片-塔架净空的影响,分析了叶片-塔架最小净空工况下叶片的结构动态响应,证明了风力机运行的安全性。结果表明,通过理论计算与仿真计算对比发现,最小净空值误差小于3%,验证了计算的准确性;风速增大会导致风力机输出功率增加,为保证风力机安全运行下恒功率输出进行变桨调节,使得桨距角增大,叶片-塔架最小净空随着桨距角的增大而增大;叶片结构变形随风速的变化趋势一致,保持良好的相似性,叶片-塔架最小净空值出现在风速为11.5 m/s的工况。