风电齿轮箱在随机风载下的疲劳损伤计算模型

疲劳寿命是风电齿轮箱一个非常重要的性能。在风机整体分析、齿轮箱动力学分析和齿轮疲劳损伤分析的基础上提出了风电齿轮箱在随机风载下的疲劳损伤计算模型,其中风机整体分析用于获取齿轮箱在随机风载下的输入扭矩和输出转速,齿轮箱动力学分析是根据输入扭矩和输出转速计算各个齿轮之间的动态啮合力以及转速,齿轮疲劳损伤分析是将齿轮动态啮合力转化为弯曲和接触应力载荷块,依据线性损伤累计理论计算各齿轮的弯曲和接触疲劳损伤。在讨论部分,利用提出的疲劳损伤计算模型计算了在平均风速为11.5 m/s和18 m/s,湍流密度为14%的风况下,各齿轮的弯曲疲劳和接触疲劳损伤,找到了各级齿轮中最危险的齿轮,对风电齿轮箱排错具有指导意义。     

风电某项目现场发电机和叶轮联接高强度螺栓问题的处理方法

本文以内蒙古风电某项目现场97#和53#风机为例,总结发电机和叶轮联结高强度螺栓卡死和断裂问题处理的方法。     

永磁发电机在离网型风电系统中运行特性的测试分析

通过实验分析法,针对某400W风力发电的永磁同步发电机运行特性进行了测试和分析。为了能准确、有效地对发电机的特性参数进行综合测试,搭建了发电机特性综合测试系统平台,系统采取VVVF交交变频器自动控制的三相异步电动机直接驱动发电机的运转方式,并配备专业化的EDA9033G数据采集器和JW-1型扭矩仪,实现了对发电机电压、电流、频率、功率、转速、转矩等参数的实时监测、显示、存储等功能。依据实验所得数据,拟合了发电机空载特性、输出特性、效率特性、外特性及转矩特性曲线。通过分析各曲线,对该永磁同步发电机的性能做出了评价,并以提高离网型风电机组的风能捕获效率为依据,提出了永磁发电机应具有的最佳性能。     

功率分流式风电机增速箱振动特性分析

运用多体动力学方法对新型功率分流式大功率风电机增速箱进行刚柔耦合多体动力学建模,对双行星齿轮系统的功率分流式大功率增速箱刚柔耦合模态特性、谐响应和稳态响应特性进行研究,结果表明:通过对新型增速箱传动系统建立刚柔耦合多体动力学模型可以对其动力学特性进行准确模拟;通过模态分析获得增速箱工作转速范围内的主要耦合振型及共振频率;通过谐响应分析获得工作转速范围内各级齿轮啮合激励对不同耦合模态振幅的贡献度及主要振动部件的共振形式;对增速机在额定工况下的稳态响应分析可进一步获得主要激励频率和来源及主要部位的振动幅值,仿真结果与测试结果一致。     

前端调速型风电机组动力学建模与运行特性研究

基于先进的机械调速与伺服控制技术,提出了一种带有发电机前端无极调速器的混合传动风电机组方案,以实现变速恒频。利用集中质量与拉格朗日方法,建立该机组传动系统动力学模型。并利用动力学方程建立1.5 MW前端调速型风电机组的Simulink仿真,实现对机组调速精度、功率消耗、电流谐波与低电压穿越能力等运行特性的深入研究。结果表明:在不同的风速条件下,所提机组不仅可以在调速功率消耗较小的情况下输出恒频电能(占比小于输出功率的15.25%),还可以有效抑制电流谐波污染,改善机组低电压穿越能力。理论分析与仿真研究验证了该机组的实用性和优越性。     

百瓦级小型气体轴承斯特林发电机研究

为了给未来深空探测同位素电源提供高效、高比功率的热电转换方式,对100 W小型线性整体式气体轴承斯特林发电机进行了设计和实验研究。通过Sage整机热力学设计、Maxwell直线电机动力学分析、气体轴承CFD模拟,设计了输出电功率为100 W的气体轴承斯特林发电机。搭建样机并进行了测试,在充气压力2.36 MPa、热端温度625℃、水冷散热20℃时可获得最大电功输出102.9 W,净效率为25.8%。发电机的重量仅为3.5 kg,比功率达到29.4 W/kg。实验中发电机运行平稳,所支承的活塞长时间运行后无磨损迹象,验证了该气体轴承方案的可行性。     

兆瓦级风电齿轮箱传动系统瞬态动力学响应等效缩减方法EI北大核心CSCD

随着风电齿轮箱朝10 MW及以上超大功率发展,其全尺寸测试受到试验台架功率限制的问题愈发明显。该研究提出了兆瓦级风电齿轮箱传动系统瞬态动力学响应等效缩减方法,以某型5 MW风电齿轮箱为研究对象,建立了风电齿轮箱传动系统变速动力学模型,并基于量纲理论推导了适用变速工况的风电齿轮箱传动系统等效缩减动力学相似关系,对比分析了原型与缩减后的风电齿轮箱传动系统固有特性与振动响应。研究结果表明,缩减后的风电齿轮箱传动系统固有频率、模态振型与原型满足相似关系,并且缩减后的风电齿轮箱传动系统稳态响应、瞬态响应均与原型满足相似关系,最大误差小于3%。该方法可以为风电齿轮箱等效缩减设计提供一定的参考依据。     

非并网风电电解水制氢系统及应用研究

2013年中国风电新增装机容量为16.1 GW,累计装机容量为91.42 GW,两项指标均居世界第一,却有大量风机不能并网发电。当前,并网难已成为我国大规模风电发展中的突出问题。非并网风电是指风电系统的终端负荷不再是传统的单一电网,而是通过必要的技术创新与集成,直接应用于一系列能适应风电特性的高载能产业及其他特殊领域。在江苏大丰市建成日产120 Nm3非并网风电电解水制氢系统示范工程。该系统利用1台30 k W风机和1台10 k W风机共同给电解水制氢装置供电,采用非并网风电供电模式,风电联网不并网,消除了风电对电网的冲击,实现风电100%高效、低成本利用。该系统的研究可以揭示风电与电解水制氢工艺之间的耦合规律。     

内外激励下风电齿轮传动系统的非线性动力学特性

风电齿轮传动系统的动力学研究,对降低齿轮传动系统故障有重要意义。为进一步研究风电齿轮传动系统的非线性动力学特性,采用集中参数模型建立了该系统纯扭转非线性动力学模型。该模型考虑了各齿轮副间时变啮合刚度、综合啮合误差和齿侧间隙非线性因素,以1.5 MW风机额定功率作为传递功率,结合时间历程图、FFT频谱图、相图、Poincaré截面图、分岔图及最大Lyapunov指数图,研究了在激励频率变化下和综合啮合误差变化下系统的动力学特性。结果发现,随着激励频率的不断增大,系统会出现单周期运动、拟周期运动和混沌等动力学行为,且混沌区域会发生改变;随着综合啮合误差的增加,系统由拟周期运动演化为混沌,最终又突变为拟单周期运动,且通过改变综合啮合误差,观察激励频率变化下系统的影响,发现综合啮合误差的减小能够明显的弱化混沌运动。     

基于模态动力学的离心风机振动特性数值研究

采用数值方法研究离心风机在流体激励力和叶轮离心力共同作用下的结构响应。离心风机在运行过程中的振动主要由流体激励力和叶轮离心力引起,传统的分析方法很难准确地模拟和预测这种流固耦合振动。首先模拟离心风机内部三维非定常流场,然后将流场分析得出的流体激励力施加到风机叶轮上,采用模态动力学方法对离心风机进行振动响应计算。研究叶片数和前盘厚度两种结构参数对离心风机振动特性的影响。结果表明,存在最佳的叶片数和前盘厚度值,使得离心风机达到较好的减振效果;增加前盘厚度有利于提高叶轮强度,但是随着前盘厚度的增加,系统振动越来越强烈,因此在叶轮设计时应充分考虑叶轮强度以及风机整机振动性能以确定最佳叶轮结构。     

海上风电场运营期水下噪声测量及特性初步分析

海上风电场运营期间产生的水下噪声影响了海洋生态环境。针对国内对风机水下噪声定量研究的缺乏,测量分析了海上风电场运营期单机容量3.0 MW和5.0 MW风机产生的水下噪声,并利用简正波模型仿真噪声分布。数据处理结果表明,风机产生的水下噪声强度较低,集中分布在800 Hz以下的低频段,噪声谱具有主频特性,高风速下主频更加明显;噪声强度随风速的增加而增大,而与风机功率差异不明显;噪声谱主频分布与风机功率、风速、桩基结构等有关。总体看,单个风机运营期间产生的水下噪声对海洋生态环境影响区域小。现场测量数据及结果可为海上风电工程环境影响评价提供技术参考,具有较大的工程应用价值。     

双馈风机转子侧变流器电热特性分析

双馈风机(DFIG:doubly-fed induction generator)转子侧变流器的电气和热特性直接影响系统运行性能与可靠性。为提高双馈风机的技术经济性能,论文对转子侧变流器的电热运行特性进行了分析。通过仿真和实验研究了系统运行工作点对于发电机PWM谐波以及变流器功率器件结温的影响。研究结果表明:双馈风机运行过程中,PWM谐波与器件结温主要受发电机转差和变流器开关频率的影响。深入理解转子侧变流器的电热特性有助于进一步提高双馈发电机以及转子侧变流器的设计与控制。     

Timoshenko梁功率流主动控制研究

为了研究扰动影响下梁式结构的动力学响应与主动控制,首先基于Timoshenko梁理论,采用行波方法建立了悬臂梁结构的动力学模型并获得了其在扰动下的精确动力学响应,进一步得到结构中传播的功率流,并以此为目标函数,优化得到了最优控制力的大小与相位,然后对结构施加最优控制力,实现了Timoshenko梁结构的功率流主动控制。对Timoshenko梁结构动力学响应与功率流主动控制方法进行了数值计算,并与Euler-Bernoulli梁理论计算结果进行了对比分析。结果表明：采用行波方法计算梁结构的动力学响应准确可靠;Timoshenko梁模型较Euler-Bernoulli梁模型在中、高频段更为精确,且更接近工程实际;通过数值计算与分析验证了基于行波方法功率流主动控制的正确性与有效性,并且功率流主动控制可以明显降低梁式结构全频域内的抖动。     

三维耦合Timoshenko梁功率流主动控制研究

研究了三维耦合梁结构中的功率流传播与主动控制。首先基于Timoshenko梁理论,采用行波方法建立了包含弯曲波、纵波与扭转波的三维耦合梁结构动力学模型,并获得了其精确动力学响应;进一步得到结构中传播的主动功率流,分析了纵波与扭转波对总功率流计算结果的影响;以主动功率流为目标函数,优化得到了最优控制力的大小与相位,然后对结构施加最优控制力,最终实现了三维耦合梁结构的功率流主动控制;进行了数值仿真,结果表明:采用行波方法计算三维耦合梁结构的动力学响应准确可靠;在进行三维耦合梁结构功率流计算时,需考虑纵波和扭转波的影响;包含剪切变形和转动惯量影响的Timoshenko梁模型较Euler-Bernoulli梁模型计算的结果更为精确,且在中、高频段尤为突出;功率流主动控制可以明显降低三维耦合梁结构在频域和空间域中的振动功率流,且最优控制力的微小偏差与误差传感器的位置对控制效果的影响较小。     

基于PSS／E分析风电扰动对电网的影响

本文以PSS／E和风机软件程序包为平台,建立含有Vestas风机模型的IEEE14节点模型和I雎F9节点模型。运用PSS／E（P0werSystemSimulator／Engineering）软件的PV分析功能,结合功率裕度指标,从恒功率负荷模型和ZIP负荷模型两方面和不同种故障扰动下,对电网电压静态稳定性和动态稳定性进行分析。     

正弦泵叶轮组件转子动力学计算与仿真分析

目的为了深入研究正弦泵的技术性能,对其叶轮转子进行动力学建模与仿真计算。方法在结构设计和理论分析基础之上构建转子等效力学模型,利用BEAM188,MASS21及COMBI214单元开发有限元建模程序;通过模态参数计算和多载荷步转子动力学分析,确定了基于Campbell图的前3阶临界转速;在ADAMS/View环境下建立多刚体动力学仿真模型;将泵体压力场简化为主轴之上的等效力矩,并在考虑接触特性的条件下对叶轮组件进行动力学仿真分析。结果转子实际工作转速(600~800 r/min)远小于其1阶临界转速(29 824.36 r/min);叶轮与刮板之间存在较大接触碰撞力,且支撑轴承承受了更大的动态冲击载荷。结论叶轮组件具有良好的转子动力学特性,符合正弦泵结构原理和实际工况。     

机电耦合作用下变频调速驱动风机轴系扭振失稳分析

以变频改造后的某台轴流引风机上发生的轴系损坏故障现象为例,建立了风机在矢量变频模式下运行时轴系机电耦合扭振动力学模型,研究了升速过程中传动轴角速度和扭矩变化情况,分析了扭矩脉动情况下的频谱特性,并开展了扭矩和扭振现场测试。研究结果表明,三相交流电经过变频器调制输出到电机的信号中含有大量谐波,风机变频运行在一定转速范围时,电机输出扭矩中的谐波分量与轴系扭转固有频率重合,就会导致传动轴出现扭转共振,有可能出现较大幅度的扭矩脉动。转速较高时,也有可能出现因机电耦合所引发的扭振失稳现象。因电机和风机的转动惯量相差很大,脉动情况下联轴器两侧扭振幅度差别较大,导致联轴器所承受的脉动扭矩较大,容易引发联轴器损坏和转轴裂纹,对设备安全运行产生很大影响。设备变频改造时,应对轴系扭转振动特性和强度进行分析和评估。     

吸振器在浮筏隔振系统中的应用

针对工程中广泛应用的浮筏隔振装置,建立柔性基础复杂激励作用下多维耦合浮筏隔振系统的动力学模型。由于浮筏隔振系统在低频范围内减振效果欠佳,为改善浮筏隔振系统的隔振性能,把吸振器引入到浮筏系统。利用子结构导纳综合法分别建立带有动力吸振器、自调谐吸振器和主动式自调谐吸振器的浮筏隔振系统动力学模型。以功率流为指标,研究单频激励下吸振器对浮筏系统功率流传递特性的影响。最后分析多频激励下带有自调谐吸振器的浮筏隔振系统的功率流传递特性。以传递到基础的功率流为目标函数,分析主动式自调谐吸振器在多频激励下的减振效果。仿真结果表明,吸振器对浮筏具有良好的低频隔振效果,吸振器类型不同与安装方式不同对传递到基础的功率流有不同程度的抑制效果。     

风电场风机吊装施工技术的研究与探讨

风机吊装施工技术为风电场施工的关键技术,本文主要研究和探讨机舱吊装、发电机吊装、叶轮吊装等施工技术,对风电场的风机吊装施工的安全管理具有重要意义。     

随机激励下风机齿轮箱动力学建模及故障特征提取

研究随机激励下的风机齿轮箱动力学特性,同时对典型的早期局部齿形故障特征进行提取。首先,建立了具有十六个自由度的风机齿轮箱动力学模型,模拟了多组随机不确定风载数据并作用在模型上进行仿真计算,通过分析内部齿轮振动信号的时频谱图和概率密度函数,研究随机不确定风载对齿轮箱动力学特性的影响。其次,在模型中考虑不同程度的齿面缺陷故障,运用同步小波压缩方法对仿真计算得到的齿轮振动信号进行分析。研究结果为分析不同工况下的风机齿轮箱动力学特性提供参考。