整体安装

正既然在远海高精度安装很困难,那把需要精密操作的步骤移到稳定的陆上或者岸边不就行了吗?风力机整体安装便是如此。整体安装时,风力机各部件像搭积木一样,在码头完成拼装,再用大型起重机整体吊到运输驳船上,或者也可以直接在停靠于码头的运输驳船上拼装。驳船由拖轮拖至安装位置,再由起重船一次性将风力机整体吊装到基础上。由于风力机只需在海上吊装一次即可完成作业,因此大大减少了海上安装的时间与风险。但需要大型运输驳船和大型海上起重船等设备。目前我国海上风电场采用这一安装方式的较多。下面以江苏响水海上风电场的西门子4兆瓦风力机的安     

基于时域法的不同塔架风力机抗台风分析

为探讨不同塔架形式风力机的抗台风性能,基于Abaqus有限元软件建立4种不同塔架形式的风力机一体化模型,用自回归(AR)法对脉动风时程进行模拟,分别进行了模态分析和台风时程分析.结果表明,风轮和机舱对风力机自振频率的影响较大;钢筋混凝土锥筒塔架的最大顺风向位移随台风风速的增加呈平缓线性增加趋势,而其他3种塔架的位移随风速的增加表现为非线性增加.钢管格构式塔架为轻型柔性结构,其风载响应最为显著,钢锥筒塔架次之,而钢筋混凝土塔架因具有较大的自重和刚度,其位移响应最小,抗风性能较好.     

在大海中安装基础

正确定了海上风电场的选址后,接着便是安装一台台的风力机。很明显,风力机并不能直接站立在海面上,它们需要下部基础来固定在海床上。这就是海上风电与陆上风电的最大不同:陆上风力机只需要一块足够厚重的混凝土板就能够支撑;而海上风电需要结构复杂的基础来连接海床。基础(也称支撑结构)为风力机塔筒底部往下直至进入海床部分的末端位置,是与地基接触的承重构件,作用是将上方的结构载荷传递给地基,需要在20~30年的生命周期中支持上部风力机的安全运行。受海上强风、海水腐蚀、波浪及海流冲击等因素,海上风力机的基础施工难度大、建设成本高,通常占整个风电场工程成本的20%~30%。针对于不同的海床深度、地质条件、     

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.     

兆瓦级风力机偏航齿圈高强度联接螺栓螺纹表面裂纹扩展分析

建立兆瓦级风力机偏航齿圈与塔架法兰处高强度联接螺栓联接三维模型并在Hypermesh前处理,在ABAQUS建立高强度联接螺栓接触模型,按照不同裂纹深度和不同裂纹长度对高强度联接螺栓螺纹底端表面裂纹和螺纹顶端表面裂纹的扩展进行仿真分析。研究结果表明:高强度联接螺栓最大应力位置与裂纹位置无关,均出现在螺纹连接第1个螺纹处;当初始裂纹设置在第1个螺纹处时,由于高强度联接螺栓联接结构裂纹处产生应力集中、发生裂纹扩展现象,导致高强度联接螺栓应力过大,严重影响连接可靠性,故应特别注意此类裂纹,并防止其出现。     

倒圆锥形风力机

最近,英国科学家研制成一种倒圆锥形风力机。与普通水平轴和垂直轴风力机相比,它的显著优点是,制造方便,价格便宜。该风力机的结构形状如下图所示。两只叶片的下端直接固定在风力机的叶轮上,另用两根支撑拉线使叶片保持倒圆锥状。这种独特安装方式使固定风力机的塔架高度大大降低。当叶片长度为20米时,固定塔架也只要3—4米高就够了。     

水平轴风力发电机塔架模态影响因素分析

 以某个大型水平轴风力发电塔架为例,采用四因素三水平试验对影响水平轴风力发电机塔架模态的因素进行分析;运用矩阵分析法对塔架进行模态计算,并利用大型有限元软件ABAQUS完成了塔架的数学建模和模态分析,分别考虑了塔架底部门洞、风轮(含轮毂)和机舱的质量、风轮(含轮毂)及机舱的整体偏心、塔架的壁厚及直径对塔架模态的影响。结果表明,风轮(含轮毂)及机舱的整体质量、塔架的壁厚以及直径对塔架的模态影响最为显著,而塔架底部的门洞对塔架模态的影响很小,可以忽略;塔架顶部风轮(含轮毂)及机舱的整体偏心对塔架模态的影响情况由风轮(含轮毂)及机舱的整体偏心程度决定,偏心越大受影响的程度越大。     

水平轴风力机的设计与流场特性数值预测

选用NACA44XX系列翼型,用基于叶素-动量理论的威尔森(Wilson)方法设计一模型风轮.考虑塔架机舱对流场特性的影响,合理地建立整机流动模型.在FLUENT软件中采用大涡模拟方法对该定桨距型的风力机进行三维绕流场的数值预测,得到流动细节与变形的螺旋形尾涡系.分析定桨距风力机的工作特点,并对尾涡变形原因做定性分析.结果表明:粘性耗散与塔架效应是引起尾涡变形的主要原因.     

单桩基础海上风机受船撞击损伤和动力响应分析

随着海上风机在服役期内被船舶撞击风险提高,运用LS-DYNA软件进行了5 000t船舶以2m·s-1速度撞击单桩基础海上风机的数值仿真.提出面积受损率描述海上风机单桩基础的受损程度,分析了风机塔架易损位置的位移、加速度响应及剪力.结果显示:船舶正撞风机以塑性碰撞为主;面积受损率能合理反映单桩基础在不同质量、速度、碰撞角度船舶撞击下的受损程度,其与船舶动能具有一一对应关系;风机塔架位移响应随塔架高度增加而增强,加速度响应却减弱;塔架顶部剪力最大值同底部一样均很大,所以加强塔架顶部连接同加强底部连接一样重要.     

基于TMD控制的浮式风力机稳定性研究

针对浮式风力机受到各种复杂载荷而产生的稳定性问题,通过在5MW Barge风力机机舱内配置调谐阻尼质量器（TMD）,利用FAST模拟结构的动力特性,研究TMD对海上浮式风力机平台运动特性、塔顶位移以及塔架根部载荷的控制效果。此外,基于遗传算法对TMD结构参数进行优化,并比较了在无控制、无优化TMD控制以及优化TMD控制下浮式风力机的运动响应。基于实测海况数据,对优化后的TMD进行了合理性与可靠性验证。结果表明：相较于无优化TMD,优化后的TMD对浮式风力机横摇、塔顶侧向位移以及塔架根部侧向载荷控制效果更加明显;优化后TMD可以适用于大部分海况,能够很好地控制高频区间时运动响应的幅度,并且随着海况等级的提高,对浮式风力机运动响应控制效果更加明显。结果表明了TMD控制方法与优化算法的可靠性与优越性。     

单桩基础海上风力机防护装置的船舶碰撞试验与数值对比分析

针对某4MW单桩基础海上风力机,提出了一种新型钢壳-橡胶组合结构的防船舶碰撞装置,分别基于简化缩尺物理模型试验和非线性有限元软件LS-DYNA方法,对船舶碰撞时海上风力机的动力响应特征进行了对比分析,同时,参照相关国际规范,选取了具有代表性的碰撞工况,分别研究了船舶碰撞时无防护装置的海上风力机和船舶碰撞时有防护装置的海上风力机的动力响应特征,结果表明,新型防护装置可以有效地降低作用于风力机主体结构的最大船舶撞击力,它可以利用其外层薄壁钢壳结构的塑性变形来吸收船舶的碰撞能量,从而保护风力机塔架及整体结构的安全.此外,数值模拟结果与物理模型试验结果具有较好的一致性,相关数值模型的有效性也得到了验证.     

基于APDL有限元法和正交试验的风力机塔架模态影响因素分析

为了对影响风力机塔架模态的因素有较全面而深入的认识,将有限元法中的APDL参数化语言与正交试验法相结合,对某大型风力机塔架进行两个方面的模态影响因素分析。结果表明,塔架直径、壁厚、顶部质量和地基刚度对塔架模态影响显著,塔底处的直径和壁厚的影响大于塔顶处的直径和壁厚的影响;塔架一阶频率与顶部质量呈线性递减关系,塔架一阶频率随地基刚度增加而增加,但增加的趋势逐渐减小;塔架底部门洞的有无对塔架模态的影响很小,可以忽略。本文研究的方法和结论可为风力机塔架的设计提供有效的理论参考。     

大型风力机塔架在脉动风下的动力响应特性研究

采用Kaimal脉动风功率谱,考虑脉动风的空间相关性,采用AR模型模拟风电场脉动风速时程,并验证脉动风速谱与目标谱的一致性;通过有限元方法计算风力机塔架结构在风载荷作用下的动力响应特性。计算结果表明:AR模型对实际风场风速进行有效模拟,考虑脉动风的影响,塔架的风振响应显著增加;随着风速的增加,塔架的振动也随之增加,这为风力机塔架的风致响应分析和抗风研究提供了实用方法。     

基于ANSYS的垂直轴风力机塔架的力学分析及结构优化

基于ANSYS对大型垂直轴风力机塔架进行静力学分析、动力学分析及结构优化。首先,根据风力机的功率确定塔架的大体尺寸;然后,对塔架进行静力分析,并对塔架承受最大载荷时的最大应变进行强度校核;对塔架的动力学分析包括有预应力的模态分析和地震谱响应分析。ANSYS优化主要是通过改变塔架的厚度提高其固有频率,避免因塔架在发电机的激励下共振而产生的破坏。对塔架的力学分析能够在满足力学性能的前提下使塔架的质量最轻,降低塔架的制造成本。     

利用海上风能

<正>目前,世界上绝大部分风电设备都安装在陆地上,但人们早已把目光投向了海洋。1990年,瑞典安装了第一台试验性的海上风电机组,离岸350米,水深6米,单机容量220千瓦。1991年,丹麦在波罗的海的洛兰岛西北沿海建成了世界上第一个海上风电场,拥有11台450千瓦风力机,能为2000~3000户居民供电。自2000年起,兆瓦级风力机开始用于海上,从而让海上风电项目初步具备了商业化应用价值。2002年,丹麦在北海海域建成了世界上第一座大型海上风电场,安装2兆瓦风力机80台,装机容量16万千瓦。随后,瑞典、德国、英国、爱尔兰、荷兰、比利时、法国等诸多欧洲国家都陆续投入了海上风电场的建设。在欧洲之外,目前中国也在大规模建设海上风电场。2007年,首台1.5兆瓦海上风电机组安装于渤海,接入海上油田的独立电网。2010年,上海东     

高海拔单台大型风力机外场实验

为了提高高海拔地区大型风力机的性能,以3.3 MW水平轴风力机为研究对象,通过外场实验的方法,利用机舱式激光雷达测量风力机的入流,同时,利用地面风廓线雷达测量风力机的尾流.首先将一天中激光雷达测得的入流风速和风向与机舱上的风速风向计数据对比,并提取一段时间内机舱雷达测得的入流风速进行分析;其次,把尾流风向与入流风向、尾...     

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.     

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.     

海、陆两用风力发电实验平台设计

在风电场通过现场测试分析研究风力机性能由于受到现场环境的限制,能够获得的研究数据有限,室内模拟实验平台能够有效弥补研究不足.为此提出了一种海、陆两用风力发电实验平台方案.该实验平台由来风装置、风轮、发电机、两段式塔架、漂浮台、波浪产生装置、传感检测和数据采集系统等构成.在实验平台整体方案基础上,进行了结构参数设计,建立了漂浮台受力分析模型并获得了合理的结构参数,以Lab VIEW为开发环境设计了上位机运行状态监控系统.最后,基于构建的实验平台,开展了部分风力机动态特性研究工作,对比分析了模拟陆地风力机和海上漂浮式风力机时塔架振动特性,为进一步深入开展风力机动态特性研究提供了基础.     

柔性支承下风力机传动系统振动响应分析

针对风力机大型化发展,塔架的柔性支承特性对风力机齿轮传动系的非线性动力学问题,利用一维弹性连续体振动理论模拟塔架的振动响应,建立振动位移对时间和空间的动力学方式,求解得到大型风力机塔架在随机变载荷下的振动位移响应,全面综合考虑了齿面摩擦、齿轮时变啮合刚度及齿形综合误差等因素的影响,分析传递到齿轮箱系统动力学特性。分析结果表明塔架弹性支承对各齿轮系统各个方向的振动响应均有影响,其中各零件的轴向振动影响最大,振幅均值比刚性支承下的均值高19.5%~25.8%,这表明塔架的柔性支承对系统动力学分析及可靠性设计具有一定影响,为风力机齿轮箱的稳健性和结构优化设计奠定了基础。