风电齿轮箱两级行星齿轮传动系统的非线性动力学特性

考虑风电齿轮箱两级行星轮系传动系统各齿轮副的时变啮合刚度、综合啮合误差和齿侧间隙等非线性因素的基础上,建立了广义坐标下增速齿轮箱两级行星齿轮传动系统的动力学模型,采用变步长Gill积分法对该模型进行求解;采用分岔图、相图、FFT频谱图、poincaré截面图及最大Lyapunov指数图分析了激励频率和啮合阻尼比对系统振动响应及分岔特性的影响。结果表明:系统在多种非线性因素的耦合作用下会表现出丰富的非线性动力学行为,随着激励频率的增大,系统在混沌运动、拟周期运动和倍周期运动之间切换和变化,且退出混沌的方式多为倒分岔;在保证系统传动效率的前提下适当提高系统的啮合阻尼比,能够明显弱化和抑制系统的混沌运动,减小其振动幅度,对提高系统的稳定性具有一定的作用。     

基于有限元法的过盈配合接触特性分析

以某风力发电用齿轮箱为例,采用有限元法对斜齿轮与空心轴的三维弹性有摩擦接触问题进行了分析,针对不同工况、不同过盈量和摩擦系数下的过盈配合进行计算,获得了齿轮孔和轴之间接触压力和摩擦应力的分布随载荷、过盈量和摩擦系数的变化规律,为轴与轮毂之间合理过盈量的选择提供依据.     

大型风电齿轮箱系统耦合动态特性的研究

综合考虑轮齿啮合时变刚度、齿轮传递误差、齿轮啮合冲击以及风载变化等因素影响,建立具有多级齿轮传动的大型风电齿轮箱的齿轮-传动轴-轴承-箱体系统耦合非线性动力学模型。对风电齿轮箱系统有限元模型进行耦合模态分析,运用模态叠加法对齿轮箱系统在内部激励与外部激励综合作用下的振动响应进行求解。将仿真结果与实验数据对比,进而得到齿轮箱各点振动位移、速度、加速度及结构噪声等系统动态评价指标,为大型风电齿轮箱动态特性的准确评价及齿轮系统动态性能优化设计提供理论依据。     

计入结构柔性的风电齿轮箱行星轮系动力学特性研究

针对常规梁/壳单元无法考虑复杂构件几何特征、计算精度低和大规模有限元计算量大、系统级建模与动态分析困难的问题,提出一种计入结构柔性的行星轮系变速动力学建模方法。以某型5 MW级风电齿轮箱低速级行星轮系为研究对象,根据内齿圈结构及边界特征,采用有限元缩聚理论建立内齿圈轮齿与弹性支撑的耦合关系,通过引入啮合副变速表征变量和内齿圈虚拟振动线位移,将驱动轮转角与行星轮系多轮齿啮合状态进行关联,并计入行星架和太阳轮轴柔性,利用界面位移协调条件将各构件耦合,建立行星轮系变速动力学模型。研究结果表明,当5个行星轮受力平衡时,内齿圈轮齿节点瞬态变形整体呈“五角星”形状,并随着行星架旋转;行星轮系轮齿动载荷先增大后减小,变化趋势与单对齿啮合刚度相似;稳态工况下的内齿圈轮齿节点振动位移呈现大幅低频波动和高频振动的叠加特征;输入扭矩突变会破坏多个行星轮之间的动载荷平衡,而柔性内齿圈可在一定程度上吸收部分因冲击载荷引起的构件振动,提高了均载性能。     

风电机组塔筒模态的环境脉动实测与数值模拟研究

摘 要：基于随机振动及系统识别理论,对内蒙古京能乌兰伊利更风电场中三座风电机组塔筒进行了环境脉动实测,提出了 “桨叶—轮毂—机舱—塔筒”耦合的整体建模的方法,数值模拟与实测结果表明,风电机组塔筒可以有效地避免共振,满足GL规范的设计要求;塔筒主要振动形式为侧向弯曲振动、前后弯曲振动和扭转振动;塔筒一阶平动阻尼比为1.78%左右,一阶扭转阻尼比为0.6%左右。采用整体建模方法建立的模型与实测结果有较好的一致性,可以指导风力发电塔系统的风致动力响应分析和振动控制分析。     

基于小波包与倒频谱分析的风电机组齿轮箱齿轮裂纹诊断方法

为实现风电机组齿轮箱及时有效地监测和维护,提出基于小波包与倒频谱分析的风电机组齿轮箱齿轮裂纹诊断方法。该方法针对齿轮裂纹振动信号为转速频率对啮合频率及其倍频调制的特点,利用小波包分解来识别振动信号中的故障特征,通过小波包频带能量监测得到故障部位的啮合频率范围;考虑到倒频谱可以分离和提取难以识别的密集调制信号的周期成分,基于倒频谱识别故障部位的转速频率,综合利用两种频谱分析方法得到的啮合频率和转速频率,能诊断故障部位和类型。实验研究表明,该方法能精确地诊断齿轮裂纹故障,并可以实现对风电机组齿轮在复杂环境中退化状态的监测,预防断齿等重大故障的发生。     

盾构刀盘驱动三级行星齿轮系统固有特性及灵敏度分析

建立了三级行星齿轮传动系统的平移-扭转耦合动力学模型,模型考虑了时变啮合刚度、各级中行星轮位置相角的时变性、啮合综合误差、阻尼等影响因素。基于特征值问题求解了系统结构的固有频率和振型,并将其系统振动模式归为三类：扭转耦合振动模式、平移耦合振动模式、行星轮振动模式。研究了不同振动模式下固有频率对系统参数的灵敏度。研究结果表明,在一些系统参数敏感点处,参数的微小变化不仅导致固有频率灵敏度、模态能量的大幅变化,也将引起能量在各级间发生转移,使得振动特性剧烈变化。     

声子晶体平板组合成像特性分析

用多重散射方法分析了声子晶体单平板和多平板的成像特性。发现：在特定频率范围内,引入等效负折射率后,单板负折射成像可用反Snell定律描述;多层声子晶体平板成像服从依次成像规律,可类比传统几何光学中共轴球面系统的成像,引入实物实像、虚物虚像等概念;平板透镜不改变出射波的出射方向,仅使出射位置产生平移;多平板透镜的累加成像与等厚度的单一平板透镜成像具有相同的效果。平板透镜的这些成像特点,使其在成像质量、加工方法、系统组合等方面比球面透镜更具优势。     

电磁超声兰姆波换能器多目标优化设计

针对电磁超声兰姆波换能器激发的兰姆波存在多模式、频散现象和信号较弱的问题,结合铝合金板材检测背景,提出一种基于＂双交点法＂、＂零斜率准则＂和正交试验设计相结合的电磁超声兰姆波换能器多目标优化设计方法。其中,＂双交点法＂可有效削弱兰姆波多模式现象的影响,＂零斜率准则＂能够有效降低兰姆波的频散现象,而正交试验设计方法可有效提高电磁超声兰姆波信号的幅值。依据所提优化设计方法,对一个在铝板检测中常用的电磁超声兰姆波换能器的9个主要参数进行了多目标优化设计。实验表明,优化后,兰姆波信号中的多模式、频散现象得到显著抑制,而且信号幅值得到明显提升,有效改善了电磁超声兰姆波换能器的工程实用性。     

芦潮港海上风资源变化特性分析

海上风资源特性对海上风电场的建设具有重大影响,是海上风机选型及排布的关键因素,因此对其进行研究十分必要。利用测风塔测量得到上海芦潮港地区风速数据,并分析了该地区风速、风向、风能密度分布及其变化特性。结果表明：在芦潮港地区海上风速分布描述上,Logistic函数具有最好的精度,Weibull函数很难描述单月风速分布;芦潮港地区风向主要来自正北与东北方向;随着芦潮港地区测风塔测风高度的增加,年平均海上风速逐步趋于8 m/s;芦潮港地区年平均风能密度不低于290 W/m2,具有较为充足的风能资源,可为风电场收益提供保障。     

有限区间信号边界效应问题的研究

研究了截断信号边界的“吉布斯”现象及数字滤波器相位特性对有限区间信号滤波处理的影响，在阐明了有限区间信号处理中边界效应物理本质的基础上，探讨了数字信号处理中通常所采用的边界处理方法的有效性问题，提出了一种命名为端值延拓法的新的边界处理方法，通过比较分析和实例验证表明这种方法的优越性，文中以零相位数字滤波及运用MALLAT算法对有限区间信号进行小波分解与重构为实例，介绍了其边界效应问题及解决方案，取得了很好的效果。     

液固混合介质隔振器的响应计算与防跳跃设计

液固混合介质隔振器是一种基于新型机理的隔振装置,主要由波纹管容器与浸于液体中的弹性单元体组成,其轴向刚度可近似为分段双线性刚度。针对具有这种刚度特性的隔振器,主要从动力学角度提出了具体设计方法,解决了系统响应求解及跳跃现象的预防等问题。首先采用平均法及其含直流项的修正方法分析了隔振系统的非线性频响特性及各参数对固有频率的影响,而数值仿真验证了解析方法的正确性。进而为了避免跳跃冲击,基于频响方程给出了单元体数量等参数临界值的计算方法。     

风环境风洞模拟研究及其舒适性判断

某些建筑布局会引起很强的局部风,带来不舒适的风环境问题,通过风洞模拟实验研究可以解决这一问题.从大气边界层模拟、建筑模型风洞试验、风统计特性、风环境舒适性判断等方面介绍了几种风环境风洞模拟研究方法.     

Perspectives of China’s Wind Energy Development

Wind energy is a kind of clean renewable energy, which is also relatively mature in technology, with large-scale development conditions and prospect for the commercialization. Wind energy’s development and utilization is an important measure to increase energy supply, adjust energy structure, ensure energy security, protect the ecological environment, reduce greenhouse gas emission and build a harmonious society. Wind energy is a kind of clean renewable energy, which is also relatively mature in technology, with large-scale development conditions and prospect for the commercialization. The development of wind energy is a systematic project, involving policy, law, technology, economy, society, environment, education and other aspects. The relationship among all the aspects should be well treated and coordinated. This paper has discussed the following relationships which should be well coordinated: relationship between wind resources and wind energy development, relationship between the wind turbine generator system and the components, relationship between wind energy technology and wind energy industry, relationship between off-grid wind power and grid-connected wind power, relationship between wind farm and the power grid, relationship between onshore wind power and offshore wind power, relationship between wind energy and other energies, relationship between technology introduction and self-innovation, relationship among foreign-funded, joint ventured and domestic-funded enterprises and relationship between the government guidance and the market regulation, as well as giving out some suggestions.     

风电项目中的土木工程问题及有关研究的思考和发展展望

从配套工程建设、风况数据的搜集、整理及分析、预测等角度,探讨了促进我国风电事业的发展方式;指出关注风电建设中的土木工程问题,编制有关规范或指导手册等文件,做好风资源的普查、评估和风电场发电量预测,并在这些技术领域做到专业化、规范化,形成可靠的、成熟的、具有自主知识产权的技术体系对我国的风电发展至关重要。最后探讨了需要进行研究的方向,并结合中国国情对风电的发展做了展望。     

公路风屏障流场特性及自身风荷载的足尺模型风洞试验研究

为探究公路风屏障后方流场分布特性及自身风荷载,针对6种不同板形,通过足尺节段模型风洞试验测试了各风屏障后方不同车道处的流场分布及距离地面不同高度处障条的风荷载,在此基础上对比分析屏障孔隙尺寸和开孔形式对其后方流场分布的影响,求得了不同风屏障整体的阻力系数、力矩系数以及风速折减系数。研究结果表明,孔隙尺寸对风屏障后方流场影响较为有限,开孔形式对屏障前方流场影响较为有限,但是对其后方的流场分布影响较为明显。由于受到盖梁的影响,位于最顶部的障条阻力系数较其他位置处障条阻力系数偏低。屏障整体风荷载系数可为日后该类风屏障设计提供一定的参考。     

Special report on relationship between wind farms and power grids

The installed capacity of a large scale wind power plant will be up to a number of hundreds MW, and the wind power is transmitted to load centers through long distance transmission lines with 220 kV, 500 kV, or 750 kV. Therefore, it is necessary not only considering the power transmission line between a wind power plant and the first connection node of the power network, but also the power network among the group of those wind power plants in a wind power base, the integration network from the base to the existed grids, as well as the distribution and consumption of the wind power generation by loads. Meanwhile, the impact of wind power stochastic fluctuation on power systems must be studied. In recent years, wind power prediction technology has been studied by the utilities and wind power plants. As a matter of fact, some European countries have used this prediction technology as a tool in national power dispatch centers and wind power companies.