直驱轮式轴向磁场永磁风力发电机的研究

从降低成本、提高可靠性以及便于维护出发,提出了一种新型直驱轮式轴向磁场风力发电机组,将风力发电机、叶片支撑结构和叶片形成一个整体的紧凑型风力发电机组.分析了用软磁复合材料(SMC)材料作为轴向磁场风力发电机定子材质的可行性.对轮式轴向磁场永磁发电机关键部件进行了设计,对主轴和转子盘进行了结构分析.通过得到的受力图与计算结果,验证了各部件机械结构设计的合理性,为新型风力发电机的研发提供了研究基础.     

升阻互补型垂直轴风轮的结构动态分析

为了避免风力发电机系统的共振而导致的系统损坏和噪音污染,并提高风力发电机叶片的耐用性与经济性,借助有限元计算方法,通过系统动态特性分析,得到了升阻互补型垂直轴风轮的动态特性及叶片的受力特性.结果显示,横梁是叶片支撑上容易出现危险的区域,其结构强度和抗疲劳度要求较高.在更换6根横梁的材料和尺寸之后,增加了其最大许用应力值,提高了风力发电机的安全系数,避免了风轮叶片支撑在低速旋转时频率游走于风轮第1,2阶固有频率之间的问题.升力型叶片受到近似于正弦函数的交变荷载,叶片表面主要受到拉应力的作用并且容易产生疲劳破坏.叶片在铺层时,增加0°纤维层的厚度可以使叶片抵抗更大的拉应力.     

一种基于lightGBM框架改进的GBDT风力发电机叶片开裂预测方法

风力发电机叶片开裂直接影响风力发电机运行,采用梯度提升决策树算法与基于lightGBM框架改进的梯度提升决策树算法对风力发电机叶片开裂进行预测。对比分析了预测准确度与可行性。基于lightGBM改进的梯度提升决策树算法分析的风力发电机运行数据得出的预测结果优于梯度提升决策树算法,且对于风力发电机叶片开裂预测准确度较高,并具有实用价值。同时该算法能够大幅降低样本中的无效数据,减少计算量。其独立特征合并能够使得划分点特征数量降低,提高风力发电机叶片开裂预测的准确性。最后,风力发电机叶片开裂预测实验结果表明,基于lightGBM改进的梯度提升决策树算法取得了更好的预测结果,计算量更小且能够准确预测风力发电机叶片开裂故障。     

风力机轮毂和轴承螺栓联接接触分析

采用大型有限元软件MSC.Marc/Mentat,对风力发电机组轮毂和叶片轴承螺栓联接部分进行接触分析,得到实际工况下的应力,找出了受力最大螺栓;对受力最大螺栓进行螺纹接触分析,得到了螺栓、轴承、轮毂的精确应力,有限元接触分析结果与理论计算结果吻合,材料的强度满足要求,结构安全。     

磁悬浮风力发电机技术现状及未来展望

对磁悬浮风力发电机结构及工作原理进行了介绍,论述了磁悬浮风力发电机主要关键技术:风轮叶片的设计、支撑技术、风力发电机技术、控制技术、能源储存技术现状;进一步比较了水平轴和垂直轴磁悬浮式风力发电机进性能;并展望了磁悬浮风力发电机的未来。     

小型风力发电机偏心轴叶片设计与计算

为了小型风力发电达机达到微风启动,强风制动的特点,对发电机叶片结构形式采用偏心轴式设计.首先叙述了偏心叶片的设计机理和特点,其次基于空气动力学基本理论,在一定简化条件下,推导出水平式风力发电风速和风压的计算关系式.以此为基础首次计算得出带有新型偏心轴叶片的小型风力发电机切入风速、切出风速、额定转速、最优偏转角度、偏心距等重要技术参数.该结果为小型风力发电机偏心轴式叶片设计提供一定的理论基础和指导意义.     

基于柔顺机构的风力机叶片变弯度前缘结构设计

为实现风力发电机叶片的自适应变形及结构轻量化,叶片前缘采用柔顺机构设计。以实际位移与目标位移差值及最大应力为约束,以材料用量最小为目标,采用变密度法对柔顺机构进行拓扑优化设计。以双程形状记忆合金丝作为驱动器驱动前缘柔顺机构自适应变形。研究结果验证了柔顺机构及拓扑优化结果的可靠性,为大型风力发电机叶片柔顺机构的设计提供了借鉴;同时也验证了双程形状记忆合金丝作为智能驱动器具有工程发展应用的前景。     

抛物面型聚风罩内非均匀时变流场的数值模拟与实验分析

为了提高能源利用率,以抛物面型聚风聚光装置为研究对象,进行聚风罩内非均匀时变流场的数值计算及试验研究。结果表明,抛物面聚风罩有明显的聚风作用,试验结果与数值计算趋势一致,最大数值误差为9.7%。进一步对抛物面聚风罩的结构进行分析,得出其在焦距为800 mm,中央开口半径为600 mm时,聚风后的风能最大。设计了聚风罩内非均匀时变流场下的风力发电机叶片,并用滑移网格进行了旋转机械模拟,计算得到在自然风速为10 m/s时,叶轮的输出功率为222.0 W,与同直径下的普通型风力发电机相比,功率提高了122%。     

3MW风力机叶片的3D建模及模态特性分析

叶片在风力发电机的能量转化的过程中是至关重要的,它的设计成为了风力机设计的核心和重点.以3 MW风力发电机叶片为研究对象,选择了合理的设计参数,在Pro/E中建立叶片三维实体模型,利用ANSYS进行不同工况的模态分析,计算出各阶固有频率和振型,通过对比分析得到叶片在工作时不会发生共振,满足叶片设计要求.     

基于ANSYS对发动机连杆的有限元分析

连杆是发动机重要组成部分,因其质量较大,受力复杂,易引起连杆变形而导致失效。针对这一情况,在合理简化模型的前提下,利用ANSYS有限元软件建立连杆模型,在满足强度、刚度和稳定性的同时,将优化设计和有限元计算相结合,建立以连杆的最小质量为目标函数的优化方法,对连杆进行结构优化分析。优化后,连杆质量、最大应力和变形量均有减少,不仅节约材料,而且发动机寿命有所增加,为发动机的连杆结构尺寸优化改进提供一定理论依据。     

低速永磁风力发电机的参数分析及优化设计

文章讨论了低速永磁同步风力发电机的设计特点,为了有效地减少阻力矩,采用分数槽绕组,为减少漏磁通,采用瓦片型和放射状的永磁体安装结构,并重点对结构参数与运行性能之间的内在关系进行了参数分析,为风力发电机本体的优化设计打下基础.在一定安装尺寸的限制下,以电机效率作为优化目标,采用基于混沌理论的最优化算法获取风力发电机的最大...     

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.     

三环减速器齿环板的有限元分析

齿环板是三环减速器的重要传动零件,既是平行四边形机构的连杆,又与输出轴上的外齿轮互相啮合,其结构和受力情况都比较复杂.对齿环板受力进行了分析,计算了7种工况下齿环板所受的载荷力,应用ANSYS软件对其进行有限元分析求解.结果表明最大应力和最大位移都出现在()=120°时的工况位置,且出现在受啮合力轮齿的齿根处.计算结果表明三环减速器齿环板的强度满足要求,这对三环减速器的设计计算和结构优化具有重要的意义.     

极限载荷下风力发电机轮毂损伤分析

针对传统风力发电机轮毂服役载荷环境的不确定性和多样性,在极限载荷下进行风力发电机轮毂损伤研究和结构优化.首先,按叶片坐标系对轮毂模型施加极限载荷,得到轮毂应力云图,求解轮毂在极限工况下的强度;然后,结合S-N曲线和Miner累积损伤准则对轮毂等效应力进行平均应力修正,求解轮毂表面的损伤变化规律;最后,对轮毂结构进行结构拓扑优化,并对优化后的轮毂进行重新建模和静强度分析.结果表明:结构优化后轮毂质量减少9.2%,满足强度要求,为后续轮毂结构优化提供理论基础.     

风力发电机叶片的转动特性分析研究

本文以流体力学为基础,利用Fluent对叶片周围的流体域数值计算,将风机转速、来流风速和转动力矩三个参数结合DOE方法进行响应面优化分析,为风机的转动特性分析、故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供相关数据.通过数值计算表明,风机转速与来流风速共同决定风机的转动力矩,进而影响风力发电机的功率.     

基于改进的瞬态传递矩阵法的风力发电机转子建模与分析

风力发电机转子的动力学特性是风力发电机组的关键性能.为解决风力发电机转子动力学有限元仿真的时效问题,本文提出改进的瞬态传递矩阵法分析风力发电机转子瞬态响应.以变截面轴段方式改进轴段单元加速度传递矩阵,使其适用于锥形支撑结构类型,采用Riccati分块矩阵递推,获得计算风力发电机转子的瞬态传递矩阵法.最后,作为算例,对一划分为19个轴段的风力发电机转子作了计算,并与Runge-Kutta法进行对比,验证了本文方法的高效性.     

风力发电结构有限元建模及其地震响应分析

为研究不同精细程度的风力发电结构有限元模型在不同分析目的下的适用性,基于2MW三桨叶水平轴风力发电机,采用有限元软件ANSYS建立七种不同精细程度的风力发电结构有限元模型,以风力发电结构地震响应分析为例,得到各模型的响应结果,分别从变形、内力、应力以及应力集中四个方面分析各个模型的计算结果.研究结果表明:在计算风力发电结构的变形时,由于上部机舱及叶片对其影响较小,采用低阶单元即可得到较好的模拟结果;在计算塔底截面剪力和截面弯矩时,考虑机舱及叶片的有限元模型得到的结果较为精确,单元选择时需采用高阶实体单元;不考虑叶片、轮毂以及机舱得到的塔筒截面应力离散性较大,采用壳单元可较好地模拟塔筒截面应力;叶片、机舱等上部结构对门洞局部产生的应力集中影响较大,在计算时建议应用塔筒采用壳单元、门洞局部采用实体单元的多尺度模型进行模拟.     

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...     

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.     

三叶片H型垂直轴风力机风振与减振研究

针对三叶片H型垂直轴风机风振与减振问题,基于计算流体动力学(CFD)方法,采用数值方法模拟获得风机在转动周期内的叶片风压分布.将风压力时程荷载施加于风力机叶片表面,分析风机结构风振响应.在风力机不同位置处分别布置阻尼器,并数值模拟阻尼器耗能减振能力.结果表明:在垂直轴风力机主轴与支杆连接处布置阻尼器可降低结构位移响应,总位移最大降幅达44%.阻尼器位置与结构位移降低率密切相关,在近风机叶片顶端连杆处布置阻尼器,结构最大位移发生在风机叶片底端.在近风机叶片底端连杆处布置阻尼器,最大位移则发生在风机叶片顶端,下降达40.7%.研究成果可为垂直轴风力机减振研究提供技术参考.