Tecnologia / Guida tecnica
Forme modali e frequenze naturali delle pale eoliche
Un modo associa una forma di deformazione a una frequenza nelle condizioni dichiarate. Non si riduce all’ampiezza di vibrazione di un punto. Le direzioni locali della pala, i vincoli alla radice e lo stato operativo determinano come interpretare la descrizione modale.
Leggere la forma insieme alla sua frequenza.
Due modi possono avere frequenze simili ma moti spaziali diversi. Viceversa, lo stesso modo nominato può spostarsi quando cambiano massa, vincoli o stato rotante rappresentato.
01 / Direzioni
Flessione fuori piano, nel piano e torsione richiedono un sistema di riferimento.
Nella consueta descrizione del rotore indeformato, la flessione flapwise è fuori dal piano del rotore e la flessione edgewise giace nel suo piano.
Nella consueta descrizione del rotore indeformato, la flessione flapwise è fuori dal piano del rotore e la flessione edgewise giace nel suo piano. La torsione descrive la rotazione attorno alla direzione dell’apertura. Gli assi locali reali devono tenere conto dell’orientamento e della forma della pala rappresentati.
OpenFAST distingue questi gradi di libertà della pala dal moto della torre e della catena cinematica. Dare un nome a un modo della pala non lo rende il modo flessionale della torre né identifica ogni moto di un sistema assemblato accoppiato.
02 / Forma
Un modo è una distribuzione spaziale del moto.
Una forma modale mostra la deformazione relativa lungo la struttura rappresentata.
Una forma modale mostra la deformazione relativa lungo la struttura rappresentata. Un modo flessionale può presentare zone con curvature diverse o nodi in cui la sua componente di spostamento è nulla. Una misura in un solo punto non descrive l’intera forma.
La scala rappresentata viene spesso normalizzata per il confronto. Un grande spostamento visivo in un grafico modale non è quindi automaticamente una deformazione fisica prevista, un’ampiezza operativa o un requisito di distanza libera.
03 / Frequenza
Massa e rigidezza influiscono insieme sull’oscillazione.
Per un modello ideale non smorzato a un grado di libertà, f = (1/2π)√(k/m).
Per un modello ideale non smorzato a un grado di libertà, f = (1/2π)√(k/m). Valori ipotetici k = 200 N/m e m = 2 kg danno circa 1.59 Hz. Questo modello non rappresenta una pala MARSTON reale.
Una pala continua ha proprietà distribuite e più modi, quindi una massa e una molla non ne identificano l’intero spettro. L’esempio spiega una dipendenza senza fornire una previsione modale.
04 / Condizione al contorno
Il vincolo alla radice fa parte del modo.
Una radice idealmente incastrata e una radice con cedevolezza rappresentata sono condizioni al contorno diverse.
Una radice idealmente incastrata e una radice con cedevolezza rappresentata sono condizioni al contorno diverse. Cambiare tale condizione può modificare forma e frequenza anche se il materiale della pala rimane lo stesso.
Il mozzo e il supporto circostanti possono introdurre accoppiamento in un modello assemblato. Un componente libero, una mensola ideale isolata e l’insieme rotante installato rappresentano quindi problemi modali diversi.
05 / Rotazione
Lo stato operativo può modificare la descrizione modale.
La rotazione introduce effetti inerziali e di presollecitazione in un modello strutturale appropriato.
La rotazione introduce effetti inerziali e di presollecitazione in un modello strutturale appropriato. Frequenze naturali e forme possono quindi differire dalla descrizione non rotante. Un modo definito fuori piano non implica una frequenza invariata a ogni velocità.
La guida alla rigidezza della sezione spiega le proprietà locali sottostanti. Le loro coordinate e lo stato rappresentato devono rimanere coerenti nella costruzione di un modello modale accoppiato.
06 / Risposta
I modi non descrivono l’intero esito vibratorio.
Una forza applicata eccita i modi in funzione della sua posizione, direzione e del contenuto in frequenza; smorzamento e condizioni iniziali influiscono sulla risposta.
Una forza applicata eccita i modi in funzione della sua posizione, direzione e del contenuto in frequenza; smorzamento e condizioni iniziali influiscono sulla risposta. Una sola frequenza naturale non determina un’ampiezza di risonanza o un risultato di fatica.
Qui non vengono attribuiti modi, frequenze o margini reali MARSTON. La guida alla dinamica delle torri tratta separatamente il contorno del sistema di supporto senza trasformare questa spiegazione sulla pala in un limite operativo.
Prosegui la verifica con Rigidezza flessionale e torsionale delle pale eoliche.
Prosegui la verifica con Cicli di fatica delle turbine eoliche: escursione, media e conteggio.
Prosegui la verifica con Velocità critica e moto di precessione dell’albero del generatore eolico.
Prosegui l’analisi dinamica con diagrammi di Campbell e intersezioni con gli ordini del rotore, coordinate modali e troncamento, e decremento logaritmico e ipotesi di decadimento libero; conservare le ipotesi dichiarate per ciascuna rappresentazione.
Informazioni generali: OpenFAST: gradi di libertà flessionali distinti della pala · OpenStax: relazione massa/rigidezza dell’oscillatore ideale · OpenFAST BeamDyn: quadro per strutture distribuite e moto rotatorio. Questi riferimenti spiegano concetti del settore; sono distinti dai documenti MARSTON di prodotto e di progetto applicabili.
Concetti e condizioni fondamentali.
Leggere ogni grandezza insieme al riferimento, alle unità e alle condizioni dichiarate. Una relazione generale non stabilisce un valore specifico di un modello.
| Concetto / grandezza | Significato / relazione | Condizioni / limiti |
|---|---|---|
| Flapwise/edgewise | Direzioni di flessione in un riferimento definito della pala/del rotore | La geometria locale influisce sull’interpretazione. |
| Forma torsionale | Distribuzione della torsione lungo l’apertura | Distinta dallo spostamento flessionale. |
| Forma modale | Deformazione spaziale relativa | Una scala normalizzata non è l’ampiezza reale della risposta. |
| Frequenza naturale | Caratteristica di oscillazione di un modello dichiarato | Massa, rigidezza e vincoli contano. |
| Risposta forzata | Moto sotto un’eccitazione specificata | Richiede anche forzante e smorzamento. |
Domande ingegneristiche.
Un grafico modale prevede la deformazione reale?
Non da solo. La sua scala può essere normalizzata arbitrariamente.
I modi della pala e della torre sono identici?
No. Rappresentano componenti diverse, sebbene un modello assemblato possa accoppiarle.
Il nome del materiale fornisce la frequenza naturale?
No. Contano anche geometria, distribuzione di massa e vincoli.
1.59 Hz è un modo di una pala MARSTON?
No. Deriva da un esempio inventato di massa e molla.
La rotazione può modificare lo stato modale?
Può introdurre effetti inerziali e di presollecitazione che il modello pertinente deve rappresentare.
Una frequenza determina un esito di fatica o risonanza?
No. Eccitazione, smorzamento e altre condizioni della risposta restano necessari.
Richiesta tecnica
Discutere la questione tecnica.
Un modo associa una forma di deformazione a una frequenza nelle condizioni dichiarate. Condividere il modello e le informazioni operative o progettuali applicabili per un confronto ingegneristico.