2 MW风电塔筒的力学分析和结构优化

针对大型风电塔筒在风轮激励下容易发生共振、导致塔筒结构受损的问题,结合风力塔筒的结构特点及受力特征进行仿真分析.通过建立有限元模型进行静力学分析和模态分析,分别确定了塔筒的最大应力、塔顶位移和固有频率及振型.结果表明:塔筒的应力、位移均符合安全要求,而风轮的激励频率和塔筒的固有频率接近会导致结构发生共振.需对结构进行优...     

高压输电铁塔及塔-线体系的耦合振动特性分析

输电线路的振动特性分析对杆塔设计及线路舞动分析有着重要意义.以典型的500kV交流双回路输电线路为研究对象,使用悬链线法对导线和地线进行几何找形,利用有限元软件ABAQUS建立了耐张塔及三塔四档塔-线体系的有限元模型,分析了铁塔及塔-线体系的耦合振动特性.结果表明:建立的耐张塔横向和纵向的刚度相近,但纵向刚度略高于横向;在塔-线体系导地线和杆塔发生耦合振动时,会出现不同的共振振型,塔-线体系中单塔发生共振的频率比单塔单独分析时的共振频率值小.     

兆瓦级风力发电机塔筒的有限元分析

通过ANSYS有限元分析软件,对某型兆瓦级风力发电机塔筒的静强度与模态进行有限元分析.其中静力学分析分成了四种不同的风载情况,并对各种载荷情况分别进行了计算.得出了塔筒整体结构满足强度要求,正常工作时不会发生共振的结论,为塔筒的设计与优化提供了依据.     

输电线路铁塔导线耦合振动动力特性研究

将输电塔和导线分别视为柔性悬臂梁和弦线,建立输电线路一塔两线的连续体简化力学模型.采用模态综合法研究分析塔横向振动与线面外振动耦合时的动力特性,给出铁塔与导线振动频率和振型的近似理论算法.针对典型线路的塔线耦合振动,分别采用理论算法和有限元方法对其动力特性做了计算.结果表明,两种方法获得的耦合系统的振动特性基本一致.     

基于ANSYSWorkbench的风力发电机塔筒模态分析

风力发电机塔筒的模态分析对于避免风机整体共振、提高其安全稳定性具有重要的意义。运用Pro/Engineer软件对塔筒进行三维建模,通过ANSYS Workbench软件对风力发电机塔筒结构进行模态分析和额定风速下的预应力模态分析,从而求解出风力发电机塔筒结构的模态参数,并得到塔筒的固有频率和振型特征,进而评价该风机塔筒的振动特性。     

风诱导塔振动对塔气动特性影响研究

塔设备风诱导振动对卡门涡脱落及气动特性的影响规律研究对于塔设备共振预测和设计计算十分重要,对塔设备振动下的气动特性问题进行数值模拟研究。采用数值求解N-S方程结合Transition SST湍流模型的方法模拟塔设备周围气流的非定常流动,获得塔外表面的风压系数分布,并结合试验数据验证了文中模拟方法的准确性;继而将塔设备振动简化为正弦运动,采用弹簧动网格技术实现网格动态生成。研究了塔设备振动频率以及振幅的变化对横向力系数、阻力系数和涡脱落频率等气动参数的影响规律,结合塔设备共振条件,指出了气动特性的改变对塔设备共振预测的影响规律。     

基于ANSYS的凸轮机构振动模态分析

以凸轮机构为背景,指出当前设计凸轮机构时容易忽略凸轮机构的刚度、共振等问题.在此基础上给出了ANSYS软件中基于有限元法的模态分析操作方法,并给出凸轮机构刚度划分准则.最后分析了凸轮机构易发生振动的原因,并提出相应的避免方法.     

风力发电机组塔筒门框段屈曲分析

塔筒屈曲稳定性分析是保证风力发电机组安全的重要一环。塔筒门段部分形状不规则,存在门洞缺口效应,应力状态比较复杂。因此采用有限元方法计算了有门框塔筒门段模型、无门框塔筒门段模型,获得修正系数,再结合GL规范和DIN 18800-4对塔架进行屈曲计算,校核塔筒门框段的屈曲稳定性。以实例计算了塔筒门段的屈曲,并给出了结论,验证了分析方法的正确性。     

基于传感器对风力机塔架轴向及横向振动特征分析

采用振动测试分析系统对小型水平轴风力机塔架不同高度测点位置的轴向及横向振动信号进行测试与分析。实验结果表明,塔架非共振(以塔架一阶弯振频率作为共振的对照频率)时,塔架横向振动幅度大于轴向振动;风轮旋转基频与塔架一阶弯振固有频率接近时,塔架发生共振,塔架轴向振动幅度大于横向振动。工程应用中利用该规律,可以对小型水平轴风力机进行监控预警避免塔架共振,也可在设计阶段加强塔架横向结构,增加塔架寿命。     

振动构件的强度可靠性分析

由于构件的材料参数,几何参数及所受的载荷均为随机变量,所以构件振动时其固有频率及疲劳极限亦为随机变量。本文给出了构件振动时不发生共振及疲劳强度的可靠性计算方法。最后以悬臂梁为例进行了计算,并通过试验验证了所给出方法的正确性。     

岸边起重机斜撑端部约束形式的改进对其共振风速的影响

岸边集装箱起重机的圆截面斜撑杆很容易发生风致振动，其中横风向振动的主要形式为涡激振动。其共振风速和杆件自身的自振频率有很大关系。笔者主要分析计算了岸边集装箱起重机的圆截面斜撑杆在理想状态、实际使用状态及改进约束形式后的自振频率与相应的共振风速，通过对比不同约束状态下的自振频率及共振风速的变化情况得出结论，该结论可供实际设计时参考。     

The frictional behavior of mild steel under horizontal vibration

The present paper investigates experimentally the effect of external horizontal vibration on friction property of mild steel. To do so, a pin-on-disc apparatus having facility of vibrating the test samples in horizontal direction was designed and fabricated. Horizontal vibration is created along the sliding direction of vibration and perpendicular to the direction of vibration. The experimental setup has the facility to vary the amplitudes and frequencies of vibration while velocity of vibration is kept constant. During the experiment, the frequency and amplitude of vibration were varied from 0 to 500 Hz and 0 to 200 μm, respectively. Results show that the friction coefficient increases with the increase in amplitude and frequency of vibration for mild steel. The horizontal vibration can be of two types: one along the direction of sliding (longitudinal direction) and the other along the perpendicular direction of sliding (transverse direction). For both the cases, test sample slides horizontally. It is found that the magnitude of friction coefficient for longitudinal vibration is less than that for under transverse vibration. These results are analyzed by dimensional analysis to correlate the friction coefficient with sliding velocity, frequency and amplitude of vibration. The experimental results are also compared with those available in literature and simple physical explanations are provided.     

基于控制方法的风机塔架减振研究

为利用控制方法减小兆瓦级风机运行过程中塔架的振动量,对塔架结构动态特性和塔架激励源动态特性进行了分析研究。以某2 MW机组为例,进行了塔架振动情况评估。基于评估结果,设计了增加气动阻尼的塔架振动控制方法,并进一步设计了直接加阻的主动控制结构,结合振动过大时主动降功率运行手段,实现了塔架振动的控制器干预。在许继WRTS-800和PRDS-600仿真实验平台上进行了仿真验证和等效疲劳载荷计算;在实验风场进行了现场实验,并对实验数据进行了统计分析。研究结果表明,采用该方法,塔架等效疲劳载荷明显减小,主动控制减振效果明显。     

Frequency capture characteristics of vibration system with two degrees of freedom

In this study, the dynamical model of the vibration of the wind power system was established according to the Lagrange’s principle for investigating the phenomenon of frequency capture. The system response of the vibration of wind power device in the horizontal and vertical directions of tower was analyzed by numerical simulation. At the same time, the paper analyzed the characteristics of the vibration model comparing with the traditional model. Then the conditions of frequency capture were studied through the analysis of mathematical model. In particular, the effects that five key parameters had on the frequency capture characteristics were analyzed. Finally, the research reveal that reducing the eccentric mass and eccentricity of the blade, increasing the support stiffness and displacement damping coefficient, and increasing the torque of the input shaft can reduce vibration and avoid the phenomenon of frequency capture. The simulation results provide the theory basis for the design and installation of wind power device.     

摩擦阻尼器对塔器风致振动的减振试验研究

横风向振动是引起高耸塔器破坏的原因之一。随着塔器高径比不断增加,高耸塔器防振技术成为近年来重要的研究方向,对塔器的安全运行具有重要意义。设计了一种摩擦阻尼器,以某化工塔为原型建立了小试试验模型。通过小试试验开展了摩擦阻尼器在风致振动下的塔器减振效果研究,并与限位支撑进行了对比分析。结果表明,平行于塔器振动方向的摩擦阻尼器对塔器减振起主要作用,为保证在任意方向的风载荷作用下均可达到减振的目的,应在摩擦阻尼器安装高度处的水平面互相垂直的两个方向上分别布置1~2组摩擦阻尼器。阻尼器与塔器连接处的间隙会减弱摩擦阻尼器的减振效果,因此,在实际工程中应尽量减小该处的间隙。摩擦阻尼器对塔器的减振效果明显优于在同一位置处设置限位支撑。在本文试验范围内,摩擦阻尼器最大可使塔器塔顶振幅降低23.44%。本文研究结果可为摩擦阻尼器在塔器减振工程中的应用提供参考。     

高耸塔器顺风向风振响应与疲劳寿命数值分析

针对现行设计标准中未曾考虑沿海等地区强风（或台风）频发的极端条件下,顺风向振动可能导致的高耸塔器疲劳问题,基于谐波叠加法、随机振动理论及脉动风速频域规律,利用MATLAB和ANSYS软件模拟,获得了某一典型高耸塔器在各风速下的顺风向脉动风速时程样本及风振时程响应,采用雨流法统计了危险点应力幅值与循环周次,根据Miner疲劳累积损伤理论估算了疲劳寿命。结果表明：模拟脉动风速时程曲线经自功率谱和自相关函数检验可较好地反映真实风速特征;随着风速的增加,塔器风振时程响应的最大值和均方根呈指数关系增大,且前者略大于JB／T4710--2005中的计算结果;9级风以下顺风向振动引起的塔器疲劳损伤不大,但多次较强台风作用可能会导致明显的疲劳损伤甚至失效。此研究旨在为多风地区高耸塔器的合理设计提供参考。     

基于Comsol Multiphysics的海上风力机塔架模态分析

塔架是风力机的主要支撑装置,鉴于海上特殊的工作环境,塔架振动在所难免。以海上3MW风力机塔架为对象,应用有限元分析软件Comsol Multiphysics对其进行模态分析,除了考虑叶轮激励频率的影响外,还要研究波浪频率对塔架的影响,通过求解有限元特征方程,得到前六阶固有频率及振型,确定引起塔架与外部激励共振主要取决于塔架的低阶频率;摆振是风力机塔架的主要振动,造成塔架顶端振幅较大。通过进行模态分析,为塔架设计、安全运行和结构动力学分析提供更可靠的理论依据。     

烟气脱硫塔风诱导振动的TMD控制研究

针对高塔设备风诱导振动的实际问题,提出采用调谐质量阻尼器（TMD）对其进行被动控制。以某烟气脱硫塔为例,运用数值仿真技术,首先通过模态分析获得结构的自振特性,然后利用谐响应分析研究调谐质量阻尼器控制效果随其参数变化的一般规律,并应用更为精确的时程分析法对减振前后高塔设备的风诱导振动情况进行了对比分析。研究结果表明：质量、频率比及阻尼比对控制效果有重要影响,应对其进行优化。参数优化后,塔顶的最大振幅减小了89．4％,减振效果十分显著。     

风力机气动力不对称故障建模与仿真

风力机气动力不对称故障对风力发电机组的安全稳定运行有很大的影响,传统的基于振动的故障诊断方法需要在风力机上安装大量的传感器,成本较高,可靠性也较差。近年来,已有学者采用基于电信号的故障诊断方法对该故障进行了实验研究,但未对该诊断方法进行理论上解释。笔者研究了气动力不对称故障下的风力机的塔架振动和气动力的耦合规律,阐述了造成电功率波动的机理,指出电功率的波动来源于塔架的振动,建立了整个风力机组故障状态下的模型,仿真得到了故障条件下的塔架振动信号与电功率信号,对仿真得到的振动信号与电信号进行信号处理。结果显示其中均出现了叶轮旋转的一倍频分量,与德国ISET等实验研究的结果相符,对开发新的故障诊断算法具有重要意义。