风力机组关键部件运动学与动力学仿真研究

以风力发电机组为研究对象,采用动量叶素理论计算叶片在不同风速下的气动载荷,在三维软件Solidworks中建立了叶片、轮毂、机舱和塔架等关键功能部件的三维模型,在Ansys中对叶片和塔架进行柔性化处理,生成叶片和塔架的MNF文件,建立了风力机组关键功能部件的ADAMS刚柔耦合多体系统动力学模型.将计算的载荷均匀加载到风力机组的叶片上,对风力机在风速由5 m/s变化到25 m/s的过程进行仿真,得到叶片和塔架的振动变形特性曲线.该仿真能够很好地模拟风力机的振动变形特性,为风力机的虚拟样机仿真提供了一种可行的方法.     

风力机塔架-叶片耦合模型风致响应时域分析

基于风力机塔架-叶片耦合模型,采用改进的叶素-动量理论模拟了考虑平稳风修正、叶片旋转效应和空间相干性的风力机气动载荷,并基于有限元方法对该耦合模型进行了动力特性分析和风致响应时域计算.基于目标响应时程探讨了风力机塔架-叶片耦合系统在随机风荷载作用下的动力响应特性,并与不考虑叶片影响的风力机塔架风致响应进行对比分析.研究表明,在进行风力机的抗风设计时,应该考虑塔架-叶片的耦合作用.     

兆瓦级垂直轴风力发电机组仿生塔架性能分析

为避免兆瓦级风力发电机组风激共振破坏问题,采用流体控制方程建立了兆瓦级垂直轴风力发电机组仿生塔架流场模型,模仿棕榈树树干直径随高度变化的规律,分3段建立仿生塔架,对兆瓦级垂直轴风力发电机组塔架进行了流固耦合数值分析。结果表明,仿生塔架与同类项普通塔架相比,兆瓦级垂直轴风力发电机组仿生塔架变形虽然稍有增大,但能满足风机塔架的变形设计要求,其最大应力下降了3 MPa,1阶固有频率避开了共振的频率范围,材料用量减小了10%,减轻了塔架的质量。     

钢管混凝土格构式风力发电机塔架的结构选型及优化

介绍了一种新型风力发电机塔架的结构选型及优化,结合大量塔架模型算例,运用大型有限元分析软件ANSYS 10.0,以塔架的用钢量、水平刚度为指标,给出不同腹杆型式、不同塔身斜率等体型参数对风力发电机组塔架受力性能的敏感影响程度,确定风力发电机组塔架体型参数的最优取值范围或最佳设计方案,为今后的设计工作提供参考设计尺寸及设计方案.     

基于GDW理论的风力发电机整机性能分析

由于所受工况瞬态多变且工作环境恶劣,所以风力发电机组是一个复杂、多变量、非线性的不确定系统,因此,整机性能分析是风力发电机系统设计的关键.引入了风力机的动态人流(GDW)理论,在Matlab中建立了600 kW失速型水平轴风力机的气动力,在Simulink传动系统的动力学仿真模型,模型中考虑了叶片的气弹耦合性,并在ADAMS中建立了包含柔性叶片和塔架的风力机整机虚拟样机模型,将三者联系起来建立了联合仿真模型.分析了风力机的功率系数、额定功率以及叶片与塔架的变形.与Bladed的分析计算结果相比较,结果证明了仿真方法及仿真模型的正确性.     

大型风力机塔架地震动态响应分析与减振控制研究

本文应用ABAQUS有限元软件建立高度为73 m的风力机简化实体有限元模型,研究风力机塔架结构在不同地震荷载作用下的振动响应,并应用调谐质量阻尼减振技术对其振动进行控制.分析结果表明:风力机塔架结构在地震荷载作用下的动态响应具有随机性,塔架顶部最大动态响应多是发生在地震荷载作用的前期与中期,调谐质量阻尼减振技术应用于风力机塔架对地震荷载作用的振动有较好的控制效果.     

兆瓦级风力机组偏航齿圈螺栓联接强度分析

建立兆瓦级风力发电机组偏航过程动力学模型和偏航齿圈与塔架法兰处螺栓联接三维模型并运用Hypermesh软件处理,在ABAQUS中建立螺栓接触模型,取预紧力为屈服极限σp0.2的60%~80%对螺栓联接偏航过程静力学性能进行分析。研究结果表明:通过对比不同预紧力工况下得出的应力强度与疲劳强度,提出可供参考的预紧力Fv取值范围;当且预紧力为0.7σp0.2时,螺栓及其连接件应力应变最理想,在仅受预紧力和加载极限载荷后最大应力分别为712.5 MPa和733.4 MPa,工作应力下的安全系数SF=1.28,满足强度设计要求,为该兆瓦级风力发电机组偏航齿圈螺栓联接及其他连接系统的应力强度校核、疲劳分析等提供参考,便于进一步优化设计。     

基于界面数据交换的风电基础流固耦合损伤机理研究

建立了风力发电机组“叶片-塔筒-基础-地基”耦联一体化系统模型，对流固耦合作用下结构的气动效应及损伤机理开展了研究.采用CFD/CSM双向流固耦合求解方法，实现了风场气流与叶片结构的相互作用，并将其与机组支撑体系的塔筒和基础耦联，研究不同风速下流体域特性、叶片气动效应、结构损伤发展规律及破坏模式.结果表明，空气可有效驱动风机叶片，在流固耦合作用下，叶片的气动效应及负压区随风速而扩大.极端风速时尖端出现气动弹性失稳现象，但由于结构阻尼逐渐趋于稳定；风机迎风侧混凝土基础环首先出现损伤，并逐渐顺钢环边缘向两侧延展，最终形成贯穿带.     

风力发电机组系统建模与仿真

为解决风力发电机组所受工况瞬态多变且工作环境恶劣影响,建模分析了复杂、多变量、非线性的不确定系统.用叶素动量理论进行编程并集成到MATLAB/SIMULINK中,进行风力发电机组的气动性能计算,电机部分也在MATLAB/SIMULINK中建模,从而提出了一种基于MATLAB的失速型风力发电机组的动态仿真模型,模型中考虑了风力发电机组各部件之间的耦合作用关系及电机对风轮转速的耦合影响.利用提出的MATLAB仿真模型,对某失速控制型600 kW风力发电机组进行了仿真计算,试验结果验证了该模型的正确性.该仿真模型可以用于对风力发电机组的进一步优化设计、优化控制.     

叶片振动响应的长度分形故障特征提取与诊断

随着我国风力发电系统的快速发展,风机的应用已经越来越广泛,但是风机的振动响应经常引发故障,为了有效缓解这一现象,我们采用应用有限元分析方法,并通过建立一个风力发电机组为300瓦的模型,来进行叶片响应在风力发电机组中的动态特征、运行特征以及状态特征的分析,从而可以更全面的了解风力发电机组叶片的故障诊断、故障检测、鼓掌识别。根据模型的动力学分析、试验模态分析和计算处理,得到了风力发电机组的固定振动模型和固定运行频率,从而验证了该模型是合理的。利用锤击法检测出叶片偏心故障以及正常状态的振动响应,利用叶片振动响应长度分形维数的动力系统非线性理论,把该模型的长度分形维数计算出来,计算出来的数据为诊断识别在叶片偏心故障下的特征量。     

基于BEM的风力机叶片形变及气动性能

为研究叶片形变对风力机气动性能的影响,提出基于叶素动量理论的叶片形变及气动性能研究方法,建立叶片在弹性形变下的形变量计算和气动载荷修正模型,通过改进的叶素动量理论与计算结构力学耦合迭代进行求解,并计算1 500 kW风力机叶片不同风速下的弹性形变量及对气动性能的影响。研究结果表明:所提算法可快速计算叶片弹性形变,用于叶片气动外形与结构设计的修正;可计算叶片等效攻角差值及其补偿角,用于优化风力发电机组变桨控制算法。     

套管在热力耦合作用下的有限元分析

利用大型有限元分析软件ADINA,建立套管在温度荷载、重力以及地层的蠕动荷载组合下的三维的数值模型.通过分析在热力耦合作用下套管的轴向应力、轴向应变、环向应力、环向应变和最大位移情况,认为在热力耦合作用对套管的影响是非常大的.     

钢管混凝土风力发电机格构式塔架抗震性能的试验研究

以目前常用的1.5MW风力发电机组锥筒型塔架为参考对象,设计了三肢柱和四肢柱钢管混凝土风力发电机格构式塔架模型。通过对塔架模型进行拟静力试验,对比研究了三肢柱和四肢柱钢管混凝土风力发电机格构式塔架的滞回性能、耗能能力等抗震性能。研究结果表明：三肢柱和四肢柱钢管混凝土风力发电机格构式塔架均具有良好的抗震性能和耗能能力。     

风力机叶片三维模型的计算机绘图法

根据风力发电机组叶片的结构特点,在三次样条插值函数拟合叶片翼型曲线的基础上,提出一种利用计算机建立叶片截面与三维模型的程序设计方法.该方法应用插值拟合理论求解叶片截面翼型曲线离散点的坐标,应用点的坐标变换理论求解各离散点空间实际位置的坐标,应用三维几何建模理论建立叶片模型.最后给出一个仿真实例.     

变桨距风力发电机组的控制策略研究

在对风力发电机组运行控制分析的基础上,针对变桨距风力发电机组功率控制问题,对变桨距风力发电机组控制系统建立了模型,并对变桨距控制系统进行了模拟仿真分析,得出改变桨距角的大小就可以控制叶片吸收风功率的多少,调节桨距角可以使发电机输出功率平稳。     

风电塔架及叶片的监理控制研究

围绕国有风力发电设备企业发展核心,以某兆瓦低风速长叶片双馈风力发电机组研制为原型,论述了风机塔架及叶片对整体机组的重要性。同时,从技术、质量、进度等方面对如何控制监理风机塔架及叶片关键零部件进行了研究,针对风机塔架、叶片的监理流程、方式、技术要求、控制体系、评价指标等进行了详细论述。最后,论文通过具有一定规模的风场实际状况为例,对关键设备过程和监理前后进行对比分析,结果表明:通过实施监理,风机产品质量得到明显提升。     

风力发电结构在风沙荷载激励下的动力响应分析

为研究风沙荷载对风力发电结构的危害,对风力发电结构进行风沙荷载作用下的动力响应分析.基于某2 MW风力发电机,建立不考虑风机叶片、考虑叶片旋转以及考虑土-结构相互作用的三种有限元模型.采用Dav-enport风速谱和谐波叠加法模拟脉动风速时程,利用动量守恒定律和风沙流密度建立风沙荷载力学计算模型.通过ANSYS分别模拟...     

浅析风电塔架法兰制造要点

风力发电机组塔架法兰是风力发电设备的重要零部件。本文阐述了风电机组塔架法兰的技术特征、生产工艺及质量控制的关键工序,论述了风力发电机组塔架超大直径环锻法兰制造及质量控制要点,总结了风电法兰生产加工中的经验及注意的问题。     

汽油机曲柄连杆机构结构设计与有限元分析

根据力学分析结果和强度要求设计了内燃机曲柄连杆机构结构,并建立该机构三维数字化虚拟装配模型,结合有限元理论及其分析软件 ANSYS,模拟分析了曲柄连杆机构装配体热力耦合,结果表明,数字化模型结合装配体有限元分析,可解决曲柄连杆机构结构强度评价问题,有助于缩短汽油机开发周期和减少成本.     

并网定浆型风力机改变叶片安装角对输出功率的影响

本文针对水平轴定浆型风力发电机组,应用空气动力学及风力发电机组叶片在空气中的受力情况进行分析,认为通过合理调整水平轴定浆型风力发电机组的叶片的安装角,能够有效改变增加风力发电机组的输出功率,改变风力发电机组的发电量。在实践中,实际对750KW定浆型风力发电机组叶片安装角进行了调整,通过近两年时间的同期统计数据的分析,发现在不同风速下,输出功率（发电量）会有不同比例的增加,增加范围在额定功率的0．8％至4．7％之间。