柔性桨风力机设计及实验研究

在已有的理论研究基础上，对柔性桨风力发电机进行了传动及结构设计，并进行了实验研究．结果表明，风力机输出功率最大值出现在风向角为-10^。附近，风力机输出功率值在较宽的风向角范围内变化较小．     

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。     

柔性支承下风力机低速轴轴承疲劳寿命分析

随机风载荷和塔架的柔性支承容易使齿轮箱低速轴轴承受到复杂交变载荷,导致轴承疲劳损坏。为研究在柔性支承和变载荷下风力机齿轮箱低速轴轴承的疲劳寿命,文章建立柔性支承下风力机齿轮箱动力学模型,得出低速轴轴承动态载荷,并对轴承进行静力学分析。最后根据准静态学分析法,得到轴承应力谱,并基于Miner线性累积损伤法则对低速轴轴承的疲劳寿命进行估算。分析结果表明,滚动体与内圈接触区域的外侧倒角处接触应力最大,该最大接触应力结果与Hertz理论计算出的应力幅值结果较为一致;考虑塔架柔性支承下得到风力机低速轴轴承疲劳寿命小于其设计寿命,因此在风力机低速轴轴承设计时必须考虑塔架的柔性支承。     

大型风力机柔性叶片在运行工况下的内力分析

为了准确地模拟柔性叶片在运行工况下叶片危险截面的内力,进行叶片的强度与刚度分析,并考察叶片的振动对气动载荷与气弹响应的反馈,以美国可再生能源实验室(NREL)发布的5 MW近海风力机为研究对象,建立了包含气动模型和系统的动力响应模型两部分的柔性叶片非线性气动弹性力学模型。采用计算多体系统动力学理论,基于Roberson-Wittenburg建模方法,结合叶素动量理论,建立了柔性叶片的气弹耦合方程,实现了叶片的气弹耦合时域响应分析。算例计算了NREL的5 MW近海风力机在紊流风速作用下,叶片各截面的挥舞、摆振和扭转方向内力矩的时域响应。研究成果对于叶片强度与刚度校核与优化设计有重要的应用价值。     

基于柔性传动链的风力机功率控制

针对风力机变桨系统特性,研究功率控制策略。首先分析风力机能量转换理论,确定影响功率输出的重要因素;再建立变桨系统闭环传递函数模型;以低速轴和高速轴为纽带,考虑柔性,建立柔性传动链系统模型。由于作用在风轮上的风速难于准确实时测量,以最小二乘支持向量机方法对风速进行预测,然后采用变论域模糊方法实现变桨过程中的功率控制,提高系统的自适应能力。仿真验证了所提方法的适用性和有效性。     

高速湍流风下漂浮式风力机系泊失效动态响应研究

以Barge平台5 MW风力机为研究对象,基于叶素动量理论、势流理论及有限元法建立平台气动−水动−系泊动力学模型,考虑风浪同向入射的最恶劣情况下的系泊失效,此时漂浮式风力机承受风浪载荷最大,系泊最易因疲劳及冲击载荷发生失效,对比分析高速湍流风与稳态风作用下不同位置系泊失效前后平台动态响应及系泊张力。结果表明,迎风浪侧系泊失效对多个自由度响应有显著影响,背风浪侧系泊失效主要影响纵荡、纵摇和艏摇响应,在高速湍流风作用下,平台瞬态响应加剧,横荡方向的漂移距离增加,纵荡波动幅值提高,迎风浪侧系泊张力最大值及平均值明显增大,且越靠近迎风浪侧系泊平均张力越大。因此,出于安全性考虑,平台系泊设计应考虑高速湍流风的影响。     

柔性轴承动载荷下的接触应力计算

在考虑到柔性轴承工作特点、滚动体离心力作用以及ＥＨＬ油膜影响的前提下．提出了一种分析计算柔性轴承载荷分布和接触应力的方法、对于按照动负荷能力来计算柔性轴承的许用载荷具有一定意义．     

复杂荷载环境下海上风力机的建模及动力学特性分析

通过分析处于海风、海浪、海流、土壤力等复杂荷载作用下的海上风力机支撑结构, 采用赫维赛德阶跃函数和狄拉克函数建立了连续统一的、顶端带有集中质量块的悬垂梁风力机动力学模型. 基于对控制方程的Galerkin截断, 得到离散化的常微分方程组, 使用四阶Runge-Kutta方法求解, 得到了模型的动力学行为特性云图曲线. 通过悬垂梁风力机模型的时程曲线、庞加莱映射对风力机模型进行动力学分析, 给出了位移和速度的幅值随激振力频率变化的幅频特性曲线, 并研究了垂向激振、自重、变刚度参数对风力机结构振动特性及其稳定性的影响.     

柔性风力机叶片主梁弯扭耦合设计

文中探讨了利用偏轴混杂纤维来实现1.5MW风力机叶片主梁弯扭耦合的设计方法,建立了弯扭耦合设计的控制系数,并就碳纤维偏轴角和碳纤维偏轴体积比对弯扭耦合系数的影响进行了分析.理论推导表明弯扭耦合效应只与铺层材料有关.仿真结果表明:采用偏轴混杂纤维梁帽或蒙皮均能达到较好的弯扭耦合性能,且梁帽的最佳设计角在20.0°左右,蒙皮的最佳设计角在13.0°左右;在纤维拉伸和压缩应变、层间切应力、层面Von Mises的约束下,碳纤维偏轴角为20.0°和碳纤维偏轴体积比为45%时的主梁静态性能最优.     

变风速下风力机叶片载荷特性研究

根据风力机的气动理论,并考虑风切变和风力机结构、几何参数的影响,建立了风力机叶片的气动载荷计算模型。以基本风速、渐变风速、阵风风速和脉动风速4种风速类型建立了变风速模型,并应用于叶片载荷计算模型,实现变风速下的叶片气动载荷的计算。以某MW级风力机为对象,给出了数值计算流程并进行了实例计算,结果显示:风力机叶片的气动载荷主要分布在叶片的中段和叶尖,且载荷大小随风速起伏变化,叶根的气动载荷随风速变化的趋势不明显,风速较大时,叶片上的载荷波动较为显著。结果可为叶片的结构设计和动力学分析提供参考。     

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.     

漂浮式风力机驳船式平台响应特性分析

平台的稳定是海上漂浮式风力机能够安全运行的最基础保障.通过建立基于驳船式平台的海上风力机整机模型,采用有限元方法,研究了漂浮式风力机驳船式平台在风、浪、流3种环境载荷联合作用下的时频域动态响应.通过漂浮式风力机驳船式平台在时域和频域内的变化幅度来分析平台的动态响应特性,得到了波浪力即F-K力和绕射力对平台六自由度运动的贡献以及各波浪力随频率的变化趋势.结果表明:平台幅值响应算子和平台所受波浪力均在低频波浪作用下出现较大响应;平台在纵荡、垂荡和纵摇方向的运动响应较之其他3个方向更加明显.     

风力机桨叶的振动研究

分析了水平轴风力机转子桨叶所受的外力和外力矩,给出了桨叶的动力学模型,并推导出桨叶俯仰振动、扭转振动和摆动振动方程及相应的一阶振动固有频率。探讨了有关参数对三个方向振动固有频率的影响。对风力机桨叶的设计计算提供了动力学依据。     

风力发电机组动平衡系统

为解决风力发电机组转子不平衡问题,开发了风力发电机组动平衡系统。该系统考虑了风机转速低、转速不稳定的特点,可对风力发电机组进行现场动平衡及状态监测。实验验证表明,风力发电机组动平衡系统可有效地降低风机的不平衡响应。     

水平轴风力机极限载荷预测方法的研究

介绍三种目前用于水平轴风力机极限载荷预测的模型 ,比较这三种方法的优缺点并选择统计模型用于运行中水平轴风力机极限载荷的预测 .在水平轴风力机CAD软件BladeDesign中用这种模型实现了运行中风力机极限载荷预测 .     

调谐滚球阻尼器在风力发电塔架中的振动控制研究

基于调谐质量阻尼器(TMD)原理,设计了适用于风力发电结构的滚球阻尼器,通过振动台模型试验,研究了该阻尼器的减振效果.试验表明,这种新型的滚球阻尼器的质量仅为一阶模态质量的1.5%～2.5%,可有效提高结构阻尼,在不同的工况下均具有较好的控制效果,可使试验模型的底部弯矩和塔顶位移的标准差减小20%～46%.这种阻尼器施工工艺相对简单,因此具有良好的经济性和实用价值,值得在实际工程中推广.     

垂直轴风轮机叶片气动特性模拟与分析

利用Gambit前处理软件,建立了翼型面为NACA4412的小型H型垂直轴风力发电机叶片的二维流场模型．在连续性方程、N-S方程及k-ε模型的基础上,采用了多重坐标系（MRF）计算模型,利用Fluent软件模拟了流场内翼型截面的受力和速度分布情况,得到了攻角为20。时NACA4412翼型风机的空气动力学特性．     

失速型风力发电机系统振动仿真分析

采用叶素动量理论进行风力机气动力学的计算分析,并对风轮和塔架进行了有限元模态分析,建立风力机ADAMS柔性多体动力学仿真模型,并在MATLAB/Simulink环境下建立风力机传动链的数学模型,同时进行传动链系统的编程运算,充分考虑了气弹耦合特性以及传动系统的影响,最终实现在MATLAB/Simulink和ADAMS基础上对风力机系统振动性能的联合仿真.仿真数据同国际有名的风力机分析软件Bladed计算数据比较表明,该联合仿真方法可以较好地模拟风力机的振动特性.     

基于LCA对风力发电机的环境负荷分析

应用生命周期分析法(LCA),对风力发电机从原材料的生产制造、运输、建设、运行及拆除报废各阶段进行分析,分别计算各阶段的环境负荷,最终用全球变暖潜力和酸化潜力指标表示,并与燃煤发电进行比较.以沈阳市法库县望海寺风力发电场为实例进行分析,结果表明,在风力发电机的一个生命周期内(平均为20年),环境负荷较大的过程为原材料的制造、发电场的建设与运行维护两个阶段,并且每发电10 MW.h,相对于燃煤发电相比,风力发电可省3.96 t的标准煤,可减少向大气排放CO29.77 t,NOx0.050 t,SO20.02 t,全球变暖潜力(GWP)和酸化潜力(AP)分别是燃煤发电的1.08%和3.12%,但建...