大兆瓦风机主轴轴承加工用高精五轴车磨复合机床关键技术研究

针对大兆瓦风机主轴轴承零件的加工需求,在参考国内外机床公司和科研机构先进技术的基础上,开展大兆瓦风机主轴轴承加工用高精五轴车磨复合机床关键技术研究.基于目前机床企业和科研机构的研究热点,分别对大兆瓦风机主轴轴承零件加工用高精车磨复合机床的结构设计、数控系统技术、机床床身和立柱结构件技术、大兆瓦风机主轴轴承磨削和车削技术进行了研究,为高精五轴车磨复合机床的可靠性提升与精度保持性提供技术支持,从而为提高大兆瓦风机主轴轴承零件的加工精度和质量可靠性提供技术支持.     

兆瓦级风电球铁件低温冲击韧性的影响因素

为了获得具有良好低温冲击性能的兆瓦级风电球铁铸件,对实际生产中的附铸试件-20℃ V型缺口冲击性能进行了测试,并对其成分、基体组织、石墨球大小及分布情况进行分析,研究了兆瓦级风力发电机组球铁件低温冲击韧性影响因素.结果表明：在低P、S的前提下,通过合理的熔炼工艺控制,终Si量在2.3%时可以使单位面积的石墨球数量增加,石墨球细小,低温冲击值最佳;Mn在0.2%~0.3%之间变化时对低温冲击韧性影响并不明显;基体组织中珠光体在5%以下时,低温冲击值无明显变化,珠光体大于12.5%时,低温冲击值急剧下降.     

海上浮式风机运动对风机结构载荷影响研究

为了研究风机的叶片及塔柱的结构载荷问题,本文应用空气动力-水动力耦合动态分析模型,模拟风机系统在非定常风场和规则波作用下的单自由度运动响应,并对比和分析风机系统的三种纵向运动对叶片和塔柱结构载荷的影响。研究结果显示:运动响应幅度很大程度上增加了风机的结构载荷,因此降低风机的叶片及塔柱的结构载荷应成为海上风机设计中的重要环节。本文揭示了海上浮式风机的运动对结构载荷的影响特征,为更大兆瓦级浮式风机系统的设计提供优化方向。     

一种近α钛合金间隙元素含量和冲击性能关系分析

采用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）等手段研究了间隙元素含量对一种新型Ti-Zr-Mo-Nb-Sn系近α钛合金室低温冲击性能的影响.结果表明,温度降低,合金冲击值随之降低;间隙元素含量越低,合金的冲击韧性越好,且其对合金低温冲击性能的影响明显强于室温.间隙元素原子固溶到合金中引起点阵畸变会抑制低温下孪生.77K时氧当量为0.15%的试样冲击应变组织变形程度较大且有不同方向存在交互作用的孪晶产生.氧当量0.23%的试样组织变形程度较小,且组织中的孪晶也较少,与低氧当量试样相比,变形孪晶的生长受到限制,孪晶更加细长.为保证合金在超低温下的冲击韧性,必须控制合金中间隙杂质的含量为超低间隙级（ELI）.     

钢结构厚板及其对接焊缝Z向性能试验

为了研究钢结构厚板及其对接焊缝Z向的拉伸性能和冲击韧性,对4种不同厚度的钢厚板,采用V形缺口对接连接,沿钢板母材、焊缝及热影响区的X向和Z向分别进行取样,进行单轴拉伸和冲击试验。试验表明,随着板厚的增加,材料的拉伸性能和冲击韧性变差;热影响区的拉伸及冲击性能比母材要差;焊缝金属的脆性比母材X向的明显。所以,在钢结构厚板的工程实践中,应特别注意厚板由于对接焊缝引起的Z向性能不足。     

风机主轴超声在线监测系统的设计与实现

为满足风机运行条件下主轴质量监测要求,针对主轴压装部位由表面向轴心扩展的缺陷进行检测研究.设计了一套由超声激励接收电路、无线收发电路、多通道选通电路等组成的风机主轴超声在线监测系统.采用环形阵列方式将检测传感器布置于主轴端面合适位置,利用超声脉冲反射原理实现缺陷检测.为验证系统效果,对风机主轴试样及其人工缺陷进行检测实验.结果表明:缺陷检出情况与实际符合良好,满足风机主轴压装部位缺陷监测要求.该系统不仅解决了当前风机主轴运行过程中质量不受监控的实际问题,同时为远程在线质量监测提供了一套实现方法.     

Si、Ni元素对兆瓦级风电球铁件低温性能的影响

为了分析Si、Ni两种元素对兆瓦级风电球铁铸件低温性能的影响,对Si含量为1.9%~2.5%的球墨铸铁做了-20℃的低温冲击试验,并对QT350-22L做了-80℃至-20℃的低温冲击试验.与前人在QT350-22L中加入0.1%~1.0%Ni元素的-20℃冲击试验结果进行对比,结果表明,Si元素的含量是影响风电球铁件低温性能的主要因素,不建议采用加入Ni元素的方法来提高其低温性能;兆瓦级风电球铁铸件的合金成分中Si含量控制在2.1%~2.3%这个范围内时,其性能可以达到使用需求;在一定范围内,Si含量越低,兆瓦级风电球铁铸件的低温冲击性能越好,但其低温冲击性能对温度也越敏感.     

铌钒成分热轧H型钢翼缘落锤冲击性能与断口形貌分析

通过落锤低温冲击试验,研究了两种不同铌钒成分的热轧H型钢翼缘-60℃-20℃的低温冲击韧性,同时,采用扫描电镜对落锤冲击断口进行观察和分析。结果表明,随着冲击试验温度的降低,热轧H型钢的翼缘冲击韧性不断降低,其中高钒低铌成分在-20℃冲击韧性明显降低;低钒高铌成分在-40℃冲击韧性明显降低。     

亚温淬火对45CrMnSi钢冲击韧性的影响

本文用系列冲击试验法分析对比了两种不同热处理工艺条件下，冲击韧性值的变化情况。试验结果表明；在Ael附近进行亚温淬火能明显提高45CrMnSi钢的冲击韧性，降低冷脆转变温度。     

基于兆瓦级风电齿轮箱传动特性的齿轮修形研究

考虑多工况下兆瓦级风电齿轮箱各齿轮副具有不同的啮合特性,提出了一种齿轮修形的优化方法.基于Romax Designer软件对某兆瓦级风电齿轮箱齿轮进行多工况仿真分析,定位啮合特性各异的问题齿轮副;采用现有修形公式初算问题齿轮副各修形量,分析了各修形量在微调范围内齿轮齿面单位载荷与传动误差幅值的变动趋势;依据该变动趋势及齿轮啮合特性的差异,提出了一种判断优化目标函数单调性的修形量寻优方法.寻优结果表明,修形后齿轮齿面载荷分布和传动误差幅值明显优化,兆瓦级风电齿轮箱齿轮振动噪音及破坏的情况明显改善.     

叶片刚度对风力发电机组载荷的影响

为了研究受叶片刚度变化影响的载荷灵敏度问题,提出利用柔性多体动力方程对全耦合风机进行建模的方法,并考虑叶片旋转时产生的空气动力、重力及离心力作用对叶片进行模态分析,求解叶片的气动阻尼.运用Newmark法对风力发电机组叶片进行动态分析计算,得到总的动态响应载荷.以某3 MW风力发电机组为例,计算叶片在不同刚度下的载荷敏感度,仿真其在额定风速下的正常发电情况,获得其叶根、塔底、偏航轴承以及轮毂的载荷.仿真结果表明,叶片刚度降低导致叶根载荷减小,但是塔底、偏航轴承载荷增加;叶根XY、塔底Z、偏航轴承Y及轮毂Z方向载荷变化较为敏感.     

大型多功能风电机组主轴制动器惯性试验台的研制

针对我国大型风力发电机组容量已达6MW,而现有风力发电制动器惯性试验台只能完成3MW制动器测试的问题,作者研制了可用于6MW大型风力发电机组主轴制动器测试的惯性试验台。介绍了该试验台的工作原理、结构及关键技术的解决措施。该试验台不仅可用于风力发电机组制动器测试,还可用于工业制动器、重型卡车制动器、船舶锚绞机制动器的测试,提高了设备的投资效益。初步实测表明,该新型试验台可以达到设计的功能要求。     

风力发电行星齿轮传动基本构件的有限元分析

行星齿轮传动是风电增速器中应用最为广泛的一种传动形式。由于风电机齿轮箱工作在高原、海滩等常年风速比较大的极端恶劣的环境下,风电机易受突变载荷冲击作用,一旦其中的某一部分发生故障,诊断与维修十分困难,而且维修费用昂贵。本文以功率为3兆瓦的风力发电机增速箱为例,对其行星齿轮传动的基本构件运用ANSYS进行有限元分析,验证它们是否达到可靠性设计要求。     

基于CFD的大型风力发电机组叶片气动性能研究

为了研究大型风力发电机组叶片的气动性能,提出了基于CFD技术的叶片气动性能分析方法.该方法采用RANS方程结合SST湍流模型,以实现对大型风机叶片二维翼型气动性能和三维气动性能的分析预报.在此基础上,采用二维方法分析了NACA64-618翼型-180°～180°攻角下的气动性能,获得了其失速攻角,与试验数据的比较证明了该方法的准确性;建立了2MW大型风机三维叶轮模型,采用三维方法分析了其气动性能,与GHBladed软件计算结果比较证明了三维方法的可行性.最后,对2MW风机翼型进行了优化,改善了其气动性能.研究方法对于大型风机叶片的设计,优化及新翼型的开发具有重要参考价值.     

塔影效应对风力机尾迹影响的数值分析

选用NREL 5 MW风力机,采用FLUENT软件对塔筒式和桁架式两种塔架的风力机整机进行了非定常数值模拟。结果表明:桁架受到的升力和阻力都远小于塔筒,桁架式的结构更有利于自身安全;气流在通过桁架后的速度梯度和湍流强度都大于塔筒式风力机,而不同截面的速度都略小于塔筒式风力机。因此,桁架式风力机的布置间距要考虑略大于塔筒式风力机的布置间距。     

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。     

Optimization design of prestressed concrete wind-turbine tower

Wind energy is a clean and renewable energy for which technology has developed rapidly in recent years. Wind turbines are commonly supported on tubular steel towers. As the turbine size is growing and the towers are rising in height, steel towers are required to be sufficiently strong and stiff, consequently leading to high construction costs. To tackle this problem, a new type of prestressed concrete tower was designed employing a novel tower concept having a regular octagon cross section with interior ribs on each side, which was optimized by comparing the natural frequency and stress difference under the same lateral load in different directions of the tower. The designed tower features a tapered profile that reduces the area subjected to wind; the tapered profile reduces the total weight, applied moment and the capital cost. An optimization method was developed employing ABAQUS software and a genetic algorithm. A target function was defined on the basis of the minimum cost of the concrete and prestressed tendon used, and constraints were applied by accounting for the stress, displacements and natural frequency of the tower. Employing the method, a 100 m prestressed concrete tower system for a 5 MW turbine was optimized and designed under wind and earthquake loads. The paper also reports a systematic design procedure incorporating the finite element method and the optimization method for the prestressed concrete wind-turbine towers.     

威布尔分布风速下基于遗传算法的风力机叶片优化设计

考虑了风速的威布尔(Weibull)分布,以年发电量最大为目标函数,运用遗传算法对某1.5 MW风力发电机叶片的气动性能进行了优化设计:将叶片沿展向分为13段,以每段的功率作为遗传算法的适应度函数.优化所得的气动外形参数体现了比Wilson方法和额定风速下的遗传算法更为合理的结果,弦长和扭角更趋于流线型分布,且扭角整体呈减小的趋势.     

风电机组的机械液压混合传动技术

针对传统风电机组具有齿轮箱故障率高、变流器技术复杂及谐波干扰等问题,提出基于机械液压混合传动的风力发电机组.通过理论分析系统的传动特性,建立该风力发电机组的动态模型,给出基于该传动方式的变速恒频(VSCF)控制方法.以1.5 MW并网风电机组为例,利用AMESim 与MATLAB/simulink软件对机组运行工况进行联合仿真分析.仿真结果验证了理论分析的正确性,表明提出的机械液压混合传动式风力发电系统具有变速恒频控制方法简单、载荷冲击小、功率稳定性好、传动效率较高、电网友好性好等特点.