鹦鹉螺等角螺线型风力机数值模拟及建筑扰流分析

为了提高风力机组的整体性能,解决风力机在实际运行中受建筑物影响的问题,利用仿真分析软件Fluent对不同叶片数的新型鹦鹉螺等角螺线型风力机进行气动性能研究,建立建筑物与风力机组排布模型,分析建筑物扰流特性,对比扰流环境对风力机组转矩性能的影响。结果表明：3个叶片风力机的整体性能更优;建筑物下游出现紊流区域,切向速度明显增加,其附近的新型鹦鹉螺等角螺线型风力机组转矩性能明显提升,验证了建筑物附近安装鹦鹉螺等角螺线型风力机组的可行性。所提风力机组排布方式可有效提升风力机性能,为风力机结构优化设计和建筑物附近风力机排布提供参考。     

近代风力发电机的发展情况

人类利用风力已有相当长的历史,最初是用来碾谷及抽水灌溉。风力是用不尽的能源,又没有污染问题。风力机将大自然的风能转变为有用的电能或机械能,促进地区工农业的发展,改善人们的生活条件。世界上有很多国家,短时间内还不可能把电网通达到偏远的地区。如果这些地区风力资源丰富,就可充分利用发展风力机。     

筒式风能采集系统及其基础性试验研究

垂直轴的筒式风力机凭借其自身的优越性,在如今市场上越来越被看好,它不仅能开发地面、海面的风力资源还能开发利用高层建筑上那无穷尽的风力资源。所以近几年世界各国对垂直轴风力机加大了研发力度。风力机利用风能效率高低的关键是其叶片设计的好坏,随着计算机的更新换代,计算流体力学的方法不断更新,风力机叶片的研究工作也进入不断深入。出现了很多新的设计方法,在掌握他人研究成果及技术的同时,我们也要开发有自主产权的风力机。本研究采用了理论预测/理论计算——实验室试验研究——总结分析相结合的方法,重点对筒式风能采集系统的输出功率与导风板设定角度以及风力级别间的关系进行详细的阐述和介绍。     

基于流固耦合的风力发电机结构特性分析

风力机结构尺寸的增大会导致气动载荷效应的作用更加明显,因此,采用流固耦合分析技术来研究气动载荷效应对风力发电机结构的影响。采用ANSYS Workbench软件搭建了流固耦合分析系统,经过流固耦合分析得到了不同风速下风力机周围气流分布规律、风力机表面压力分布规律、风力机变形和应力分布规律、风速与风力机叶片应力和变形之间的波动规律;仿真分析了考虑流固耦合与不考虑流固耦合两种情况下风力机的模态振型,为风力发电机的结构设计提供一定的理论参考。     

双馈风力机转子动能在系统频率跌落时的响应能力分析

针对转子动能参与调频的研究主要集中于控制策略上,并未详细、定量研究不同工况下转子释放动能的问题,以1.5MW某双馈风力发电机为原型、采用Matlab/Simulink软件建立了简化的风力机动态模型,并以1.5 MW风力发电机的实时运行数据验证了该模型的正确性;同时,提出了转子释能持续时间的概念,并在所建的风力机动态模型下得到中低风速(6~8m/s)下机组转子释放动能的能力随着风速的变化,继而设计了转子惯性响应控制器,研究了不同风速下风力机在系统频率跌落时的响应能力,得到转速及功率输出的响应曲线。研究结果表明:所提模型具有普遍的适用性;在相应研究条件下,风力机转子释能时间可达15s,风力机输出可增加约15%的有功功率;风速在6~8m/s下,风电机组转子释放动能的能力随着风速的增加而降低。该结果可为双馈感应风力发电机参与电网调频的研究提供参考。     

从风力资源谈风力机的选择

当我们决定要投资风力设备时,首先要获得当地风资源的数据,这风资源最好是几年的平均值,在一般的情况下,当地政府都会保存这数据,但不应包括随机的台风情况,因为风力机在台风的特殊情况下,为保护风力机的结构,都用风力机中的煞车系统将它锁住,不运转.根据这风资源的数据,我们就可以估算出所需风力机与配套发电机的最佳设计.这篇文章包括:①如何决定当地的风速、风功率及风能量;②如何计算所需发电机的功率;③选择控制发电量的考虑,虽然年风能的产值愈高愈好,但系统的复杂性也不容忽视;④如何决定风力机的设立高度与风力机之间的距离.     

海浪作用下的风力发电机组总体性能仿真

为研究海上风力发电机组在复杂多变且环境恶劣影响下整机的工作性能,使用仿真技术进行模拟分析.采用GDW动态入流理论进行风力机气动载荷计算分析,Airy线性波理论进行波浪载荷计算分析,建立风力机传动系统的MATLAB/simulink数学模型及ADAMS多柔体动力学模型,并将MATLAB/simulink控制系统模型同ADAMS进行风力机系统总体性能的联合仿真.对某厂家5 MW海上风力发电机的仿真数据同Bladed软件结果比较表明,该联合仿真方法可以较好地模拟风力机的总体性能.     

高原地区风力机设计与改进研究

与低海拔地区相比，高原地区地质条件复杂、气候特点鲜明。在高海拔和强日照环境下，普通风力机会出现输出功率下降、电气性能降低、散热效果不佳、雷击风险加大等一系列问题。为解决上述难题，研究通过修正风力机功率曲线、改进结构与电气设计等手段，总结出适用于高原地区的风力机设计方法和规范。     

风力机的组成

正风力发电就是利用风能(风的动能)带动风力发电机组的叶片旋转,通过一系列内部轴承带动发电机发电。与火力、水力或者核能转化为电能的原理一样,人们对风能的利用也是逐级转化能量的过程。在这个过程中,风能先转变为机械能,再转化为电能。现代风力机20世纪30年代以后,人们用现代科学理论开始设计和制造风力机。当提到现代风力机时,主要包括两类:水平轴和垂直轴风力机。我们一般见到的都是水平轴风力机,顾名思义,它的主轴是和地面大致平行的。这种风力机根据自身测量到的风速、风向信息,自动控制偏航机构,来使风轮对准来风的方向,尽可     

基于机械传动的阻力式风力机研究

为减少阻力式风力机在旋转过程中叶片所做的负功,研究了一种高效阻力式风力机的原理及结构,通过传动装置控制叶片的方向,使其在逆风时减小迎风面,与一般的阻力式风力机相比,这种风力机具有结构简单,性能可靠和有效功率较高的特点。     

沙尘环境对风力机关键零部件力学特性影响综述

近年来随着全球对双碳计划的落实,风力机行业发展迅速.风电场选址尽可能选择风资源储量大,与当地环境能和谐共生的区域,沙漠区域具备相当大的风能储量,但该区域受风力影响致沙尘天气频发,风沙环境对风力机运行产生了显著影响.本文首先对全球沙漠分布及对应风能利用情况做了概述,然后简述了沙尘天气发生的核心因素,即沙源地、沙尘运动形式和沙尘天气特征;最后对风沙环境下风沙对风力机关键部件影响研究进行了评述,并对未来研究进行了展望.目的是为从事相关研究的技术人员提供参考,希望能对风能利用与沙漠化环境的协同改进研究提供支持.     

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.     

基于机械传动的阻力式风力机研究

为减少阻力式风力机在旋转过程中叶片所做的负功,研究了一种高效阻力式风力机的原理及结构,通过传动装置控制叶片的方向,使其在逆风时减小迎风面,与一般的阻力式风力机相比,这种风力机具有结构简单,性能可靠和有效功率较高的特点。     

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．     

打造最强风力机

正海上风力发电机组自出现以后,发展趋势体现为大型化。随着风力机的大型化,带来整机功率的提升。那么,风力机是没有最大,只有更大吗?风力机的效率究竟有没有上限呢?风力机的最大效率有多少?风能到电能的转换效率,因风力发电机(叶片)种类的不同而有很大差别。在风力机领域,相关的研究理论有许多种。其中,德国物理学家阿尔伯特·贝茨(Albert Betz)在1922~1925年发表了"贝茨理论",即动量理论,研究了经过风轮的风能有多少可以被转化为机械能。他首先假设在这个过程中没有能量损失,风都是理想气流,风轮能够吸收气流所有的能量。但是,如果风轮将风速降为0,后面的风就刮不过来了。因此,经过风轮的气流必须仍具有一定速度。也就是说,100%利用风能的风力机是不可能的。综合考虑,贝茨算出理想风轮的最大利用系数为0.593,即理论上最多只有59.3%的风能可以被风轮转化为机械能。实际上,在现实中根本不存在这样的"理想风力机",因此,风能利用系数也无法达到那么高的数值。除此之外,设计     

变速变桨距风力发电机组控制方法研究

由于风能的能量密度低、随即性和不稳定性等特点,给大型风力发电机组的控制技术问题带来困难。在风力机空气动力学特性分析的基础上,讨论了变速变桨距风力机组在低于额定风速和高于额定风速阶段的不同控制策略。并在对变速变桨距风力机进行建模的基础上,结合提出的控制规律,利用Matlab/Simulink分别进行仿真,最终结果表明,控制曲线与预期要求一致。     

大型电励磁直驱风力机动态特性分析

以1.5MW大型电励磁直驱风力发电机为研究对象,建立风力机三维实体模型,运用ANSYS WORKBENCH有限元软件对自由状态的直驱风力机进行动态特性分析,计算其固有频率及振型;进一步考虑风力机在受载情况下主轴承受力变形后产生的应力刚化效应,对风力机进行预应力下的动态特性分析,并计算其固有频率及振型。自由模态及预应力模态分析结果对比,表明主轴承的应力刚化效应会提高风力机的固有频率,高阶频率比低阶的改变更明显。     

密实度对10 MW垂直轴风力机气动性能的影响

为研究密实度对10 MW级直叶片垂直轴风力机气动性能的影响,采用计算流体力学的方法,对二维非定常流场进行数值模拟,通过重叠网格技术对旋转域运动结果进行分析与研究,重点分析了叶片数量和弦长这两个影响密实度的重要参数对风力机能量利用率的影响。研究结果表明：叶片数量和弦长的变化均会对垂直轴风力机气动性能产生影响,且改变叶片数量产生的影响更加明显。研究结果为风力机参数选择提供了参考依据。     

基于Matlab/Simulink风柴互补小型独立发电系统仿真研究

在分析风柴互补独立发电系统的基础上,以满足负载要求为控制目标。风柴互补系统由风力机、发电机、柴油机等组成,风力系统在风力充足且负载要求小于风力发电系统的输出时,由风力系统单独供电,在无法满足负载要求时,柴油机启动补充供电。     

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.