风力机塔架的结构动力分析

阐述了风力机塔架的固有和固有振型、顺风向下塔架的风效应和位移响应，横风向塔架在尾涡激励下的风效应和位移响应以及由风轮旋转而引起的位移响应，给出了计算实例，为风力机塔架结构动力设计提供了有效方法。     

塔架风载荷的近似计算

阐述稳定风和阵风时塔架载荷的影响,在对塔架风载荷计算方面则结合公司的资源,对比GH Bladed的仿真结果,并参考中国建筑规范,总结出一套行之有效的塔架风载荷计算方法.     

塔架风载荷的近似计算

阐述稳定风和阵风时塔架载荷的影响,在对塔架风载荷计算方面则结合公司的资源,对比GH Bladed的仿真结果,并参考中国建筑规范,总结出一套行之有效的塔架风载荷计算方法。     

风电机组塔架极限风载荷计算及对比研究

以某2 MW水平轴风力发电机组为计算模型,分别采用GH Bladed软件和日本《风力发电设备塔架结构设计指南及解说》对该风电机组塔架的极限风载荷进行计算,并研究在正常发电工况和暴风工况下2种计算方法的差异。结果表明,由2种计算方法得到的正常发电工况下的极限风载荷均大于暴风工况,由GH Bladed软件得到的极限风载荷计算结果偏大。造成极限风载荷差异的主要原因是2种计算方法的风况条件、工况种类及理论基础不同造成的。对于风力发电机塔架这种典型的"高鸡腿哑铃式"高耸结构因其塔顶部位受风轮、机舱的影响较大,采用GH Bladed软件计算结果更精确。     

钢管格构式和圆筒式塔架对风力机尾流扰动特性对比研究

为了对比钢管格构式和圆筒式塔架对风力机尾流扰动特性,首先根据塔架的控制荷载,设计承载力和高度相同的直筒式塔架和钢管格构式塔架。然后在Fluent中,完成2种塔架风力机的流场计算,得出两者塔架近尾迹流场、远尾迹流场及风力机和塔架风荷载的特征。对比结果表明:1)钢管格构式塔架的顺风向风荷载和横风向风荷载的波动幅度远低于圆筒式塔架,有利于减小结构疲劳破坏风险并降低结构的风振系数;2)钢管格构塔架的尾流流速及湍流强度的恢复距离低于圆筒式塔架,有利于提高风力机的排列密度;3)钢管格构式塔架风力机的叶片阻力和功率与圆筒式塔架基本相同。     

结构阻尼对风力机塔架振动特性的影响

采用刚体有限元方法建立风力机塔架的三维结构动力学模型。研究湍流风况下风力机塔架弯曲、扭转及沿重力方向的固有振动特征,分析结构阻尼对塔架振动特性的影响。计算结果显示:塔架沿重力向和沿轴扭转的振动特征比弯曲振动复杂得多;结构阻尼能够很容易消除弯曲振动的高阶频率,但其对塔架扭转振动的耗散作用则不显著;塔架重力向振动的高阶频率在很大的结构阻尼下才能被消除。随着阻尼的增大,塔架一阶弯曲振动的主导作用减弱,振动特征被外界湍流风所控制。     

考虑叶片旋转和离心力效应风力机塔架风振分析

为分析叶片旋转和离心力效应对风力机塔架风振反应的影响,建立考虑叶片离心力效应的风力机塔-轮整体有限元模型分析系统动力特性,采用谐波叠加法和改进的叶素动量理论模拟考虑旋转效应的叶片和塔架脉动风速时程,结合笔者提出的风振精细化频域计算方法分析塔架与叶片在脉动风作用下的动力反应。研究表明:旋转效应会增大叶片的气动载荷和塔架的动力响应及风振系数,离心力效应增大了风力机系统频率并减小了塔架的风振反应及风振系数。     

波浪对海上大型风力机筒形塔架的影响

文章利用梁单元对海上风力机筒形塔架进行有限元建模,并建立了塔架动力学运动方程。阐述了海上风力机塔架所受Kaimal湍流风模型和Pierson-Moskowitz波浪谱模型,并对风载荷、波浪载荷和海流载荷进行了详细分析。基于某6.0 MW海上大型风力机塔架的动力响应计算,分析了极限和疲劳工况下波浪对塔架顶端振动位移和塔底载荷的影响程度,为海上风力机筒形塔架设计提供了参考。     

水平轴风力机筒型塔架动态响应分析

为获得水平轴风力机塔架在时变载荷作用下的动态响应,将塔架简化成悬臂梁,利用二结点梁单元进行离散化建模,分析了塔架弯曲振动固有动力特性。在建立塔架结构动力学运动方程、计算塔架所受时变载荷的基础上,运用线性加速度法和模态叠加原理对风力机塔架的动态响应进行计算,编制了相应的计算机程序。以某1.0MW风力机塔架为例,获得了风力机在湍流风运行条件下塔架在仿真时间内的位移、速度和加速度,并与"GHBladed"软件的计算结果进行了比较,表明计算模型是可行的。     

大型水平轴风轮转子／塔架耦合系统的气动弹性稳定性分析

建立了大型水平轴风轮转子／塔架耦合系统的气动弹性模型，推导了转子／塔架耦合系统周期系数运动方程，给出了气动弹性稳定性分析方法。对一风力机模型进行气动弹性稳定性计算，得到了与有关文献基本一致的结果。     

考虑风速风向联合概率分布的风电塔筒结构风致疲劳寿命评估

针对风向对风力机塔筒疲劳产生影响的问题,基于实测数据对考虑风速风向联合概率分布的风电塔筒结构的风致疲劳寿命展开研究。首先结合甘肃安西地区37 a的实测风速风向数据,给出风速风向联合概率分布。然后利用主S-N曲线法分别对不同风向和不同风速下风力机塔架结构法兰及门洞区域的响应规律进行分析。最后考虑风速风向联合概率分布,对风电塔筒结构风致疲劳寿命展开研究。结果表明：门洞朝向与风轮朝向的夹角变化和风速的改变均对风电塔筒的风致疲劳寿命有一定影响,其中门洞朝向与风轮朝向夹角为225°时疲劳寿命最长,风速为10~14 m/s时疲劳寿命变化幅度最大;考虑风速风向联合概率分布能更准确地计算风力机结构的风致疲劳寿命,且以此为依据对门洞朝向进行调整可延长其疲劳寿命,因此建议对风电塔架进行设计时,应考虑风电场所在地区的风速风向联合概率分布。     

基于XGBoost和Wasserstein距离的风电机组塔架振动监测研究

针对风电机组塔架振动监测问题,考虑到风能脉动与机组控制动作等激励对塔架振动的影响,提出一种基于数据驱动的塔架振动监测方法。首先基于K-均值算法对风电机组工况进行辨识,分析各状态参量、机组工况对塔架振动的影响;其次基于极限梯度提升（XGBoost）算法对不同工况下的塔架振动趋势进行建模预测,针对同一风电场不同塔架振动预测残差的差异,提出一种基于Wasserstein距离的塔架振动监测方法;最后使用风电场实际数据验证,以误差平方和为评价指标,考虑机组工况条件的XGBoost预测精度提高了34.6%。基于数据驱动的方法能有效识别风电场中异常振动较频繁的塔架,提升了运维效率。     

基于TMD的风力机塔筒振动控制研究

针对风力机塔筒在风振效应下振动过大的问题,该文基于调谐质量阻尼器(TMD)开展对风力机塔筒的减振控制研究。以某大型2 MW风力机塔筒为研究对象,基于ANSYS建立柔性的风力机塔筒有限元模型,并基于Kaimal谱和模态脉动曳力功率谱模拟得到脉动风速时程和风载时程曲线。为取得较好的TMD减振控制效果,根据Den Hartog法得到TMD的最优频率比和阻尼比。为分析TMD对塔筒结构强度的影响及其TMD的振动控制效果,对风力机塔筒进行静力学和风载作用下的动力响应仿真分析。研究结果表明:TMD对塔筒的静强度影响较小,相比于将TMD放置于塔筒内部,将TMD放置于塔顶机舱内能更有效地减小塔筒在风振效应下的位移峰值、标准偏差以及瞬态应力峰值,其抑制率分别达到63.51%、63.38%和59.74%。     

钢-混凝土组合式风力发电塔架地震响应分析

钢-混凝土组合式风力发电塔架上部为钢塔筒,下部为混凝土塔筒,高度方向具有较大的质量和刚度突变,其在地震作用下的响应和传统单管式钢塔架显著不同.利用ABAQUS对同一风电场的2.0 MW单管式钢塔架和组合式塔架建立精细化模型,选取3种场地条件,采用振型分解反应谱法计算2种塔架的地震响应并进行对比.针对3种场地条件,选取相...     

不同类型漂浮式风电场内机组塔基载荷研究

构建基于NREL 5 MW 风电机组的海上固定式风电场和不同类型的漂浮式风电场,考虑不同类型风电机组尾流特性、平台漂浮特性的差异,在不同工况下对风电场内机组动力学响应进行仿真计算。通过时域分析与箱线图分析,对风电场内各位置处机组在风、浪、尾流联合作用下的塔基载荷进行对比研究。结果表明：在相同工况下,Spar式风电场内机组风轮与平台位移值、塔基载荷在来流方向上最大;在中低风速下,风电场内机组塔基载荷相差较大;高风速时,塔基载荷相近;随着风速的增大,漂浮式机组塔基载荷呈先增大后减小的规律。     

基于等效风速的风电机组参数对输出功率波动和功率损失特性的影响

以大型三叶风电机组为例,研究发电机组参数对输出功率波动及功率损失的影响.首先建立包括风剪切和塔影效应的等效风速模型,推导输出功率和功率系数的数学模型,研究叶轮半径、塔筒高度、塔筒直径和叶片到塔筒中线的悬垂距离等相关参数对功率波动的频率、幅值、波长、波动区域等特性影响规律.然后建立功率损失的数学模型,研究风电机组参数通过...     

风剪切下塔影效应对水平轴风力机叶片及风轮气动载荷的影响

采用CFD方法,以NH1500三叶片大型水平轴风力机为研究对象,研究额定风速剪切来流下的塔影效应对水平轴风力机叶片和风轮非定常气动载荷的影响。结果表明：剪切来流下,叶片和风轮的气动载荷均呈余弦变化规律,塔影效应的主要影响叶片方位角范围为160°~210°,且该范围不随风剪切指数的变化而变化。相同风剪切指数下,塔影效应对叶片和风轮气动载荷的均方根影响较小,对其波动影响较大。当风剪切指数从0.12增至0.30时,塔影效应下,叶片气动载荷的均方根减小,推力和转矩的波动幅度增大,偏航力矩和倾覆力矩的波动幅度减小;风轮推力和转矩的均方根减小,波动幅度变化较小,而倾覆力矩和偏航力矩的均方根增大,且波动幅度也增大。     

超大功率风力发电机组塔筒屈曲分析

以某型8 MW风力发电机组塔筒为对象,采用有限元方法开展超大功率风力发电机组塔筒屈曲特性分析.建立塔筒门洞段有限元模型,研究门框对塔筒屈曲稳定性的影响,结果表明:门洞加框能提高塔筒屈曲稳定性.为进一步提高塔筒屈曲稳定性,提出塔筒内壁设置加强筋的强化设计方法,研究加筋数目、加筋尺寸与塔筒屈曲稳定性的作用规律,结果表明:环...