考虑风轮和塔架动力耦合的大型风力机流固耦合动态响应分析

通过风剪切和脉动风谱程序建立了模拟工况的风场,以某大型风力机实体模型作为研究对象,运用有限元软件ANSYS数值模拟了流固耦合作用下风力机结构动态响应。结果表明:与脉动风相比,风剪切对叶片的最大位移和应力影响更显著;叶轮与塔架耦合作用会显著增大叶片最大位移和应力响应值;考虑耦合作用后叶片最大应力由相对翼展0.5处移动到0.7处。该研究结果可为风力机的优化设计提供技术参考。     

气动载荷作用对大型风力机叶片-塔架净空影响分析

针对DU翼型水平轴风力机,为了探究气动载荷作用对风力机叶片-塔架净空的影响,利用GH Bladed对5 MW风力机进行仿真计算,通过探究风速、桨距角、功率对风力机叶片-塔架净空的影响,分析了叶片-塔架最小净空工况下叶片的结构动态响应,证明了风力机运行的安全性.结果表明,通过理论计算与仿真计算对比发现,最小净空值误差小于...     

电压跌落对风力机塔架振动影响分析

为分析电网电压跌落对风力机塔架振动的影响,利用二节点梁对风力机塔架进行离散化建模,分析了塔架振动的模态。建立了塔架动力学运动方程,考虑风切变,分析了塔架所受的载荷。基于某风场某型1.5MW风机低电压穿越测试的数据,计算了塔架所受的载荷,并利用模态综合法求解塔架动力学方程,得到对称与不对称电压跌落风力机塔架的瞬态响应。结果表明,电压跌落会对塔架产生冲击效应,冲击的大小与机组工况,电压跌落形式,跌落幅值以及跌落时间相关。     

意外撞击和冲击波作用下气瓶的动态响应

基于任意拉格朗日多物质流固耦合算法,对空气采用ALE网格,对炸药采用JWL状态方程,分析爆炸冲击波单独作用及高速子弹与冲击波联合作用下高压气瓶的动态响应。结果表明：在冲击波作用下气瓶应力急剧上升,气瓶出现屈服并发生屈曲,爆心距瓶体越近,气瓶受冲击波的影响越大;联合作用时气瓶变形相对于高速撞击和爆炸波单独作用时有明显的扩大,破坏作用更加明显。     

风力机塔架减载控制研究

采用FAST/Aerodyn和Matlab/Simulink搭建风力机气弹与控制联合仿真平台,以NREL-5MW风力机作为参考机型,实现了风力机转矩控制模型和变桨距控制模型。通过在变桨距控制器中引入塔架减载控制环,考虑了匀速风,渐变风,湍流风等风况,研究变桨距-塔架控制环对塔架动态载荷及结构动态响应的影响作用。研究结果表明变桨距-塔架减载控制环可以有效减小风力机塔架的动态载荷及变形,对风力机输出功率的影响较小;变桨距-塔架控制环增益系数G的取值过小则减载效果不明显,取值过大会引起系统震荡持续时间过长,NREL-5MW风力机的增益系数G最优值为0.2;风力机塔架减载控制技术可以有效降低风力机的运行维护成本,有良好的工程应用前景。     

风力机柔性风轮与低速轴系耦合振动研究

针对风力机柔性风轮与低速轴系的动力学特性强耦合问题进行研究,以1.2MW风力机风轮与低速轴系为研究对象,建立其耦合系统的物理模型并作合理性等效;同时将其单一叶片简化为悬臂梁并采用二节点四自由度梁单元进行有限元分析。运用混合单元对耦合系统模型进行有限元建模,并用模态叠加法得到耦合系统的固有频率与变形云图,并进行结果分析。分析表明耦合系统低频振动主要发生在低速轴支撑轴承,高频振动主要发生在风轮叶片处并以叶片的挥舞与摆振为主。在低频振动过程中,叶片振动与低俗轴振动二者表现出较强耦合性。将风轮自由振动频率与单一叶片自由振动频率进行对比分析,可以得到风轮叶片在自由振动过程中的固有频率比单一叶片的固有频率数值较小。     

小型Savonius风力机风轮结构优化设计及数值模拟分析

为提高Savonius风机的能量转换效率,以风机的风能利用率为优化目标,风斗直径、风斗间隙和风轮高度为变量,贝兹极限和相关实验结论为约束条件,建立了风轮结构参数优化模型,并利用Matlab求解得到其最优结构尺寸。为使风能利用率更高,对风轮结构形式进行改进,建立三维模型,利用Ansys Workbench进行流固耦合分析,验证了优化、改进后风轮结构在危险风速下的可靠性。     

气弹耦合作用下旋转对海上风力机叶片振动特性的影响

针对大型风力机叶片,采用UG软件完成了叶片的实体建模,利用ANSYS开展了气弹耦合作用下旋转叶片振动特性的模拟和分析。结果表明:旋转不但显著增加了叶片位移和应力响应峰值,而且加剧了响应曲线的波动,旋转效应的贡献先减小后增大且随来流风速的增加呈现相同的变化;随着转速或来流风速的增加,叶片最大位移及其增幅沿翼展方向均呈非线性增长趋势,叶片根部和中部应力峰值的增幅均较为明显。结果可为风力机叶片优化设计提供技术参考。     

大型风力机塔架的静动态分析

基于有限元理论进行了600 kW风力机塔架的静动态分析。根据塔架的力学特性,首先讨论了模型的简化、载荷的计算和边界条件等问题。在静态分析中主要讨论了塔架在有无门洞时各种工况下的承载能力。在动态分析中,为了研究地基对结构的影响,假定在硬地基和弹性地基情况下,研究了塔架的前六阶频率和模态以及机舱和叶轮对塔架频率的影响。并对以上结果进行了对比,得出各种模型对分析结果的影响,为进一步研究奠定了基础。     

应用有限元分析系统计算风力机塔架结构的动态特性

本文讨论了空间系杆钢结构风力机塔架的动态特性、建模和有限单元类型的选取及计算方法。介绍了我们在ＡＤＩＮＡ系统基础上所开发的风力机塔架结构特性分析软件。通过一个实例，计算并给出了它的动态特性，并与实测结果进行了比较和讨论。     

基于有限元法的风力机塔架结构动态分析

将有限元技术与模态分析理论相结合,在有限元软件的基础上研制了一套用于风力机塔架结构的动态分析程序系统。讨论了模型建立、载荷施加、边界条件和模态参数的计算,并给出了应用实例及结果分析。     

大型混流式水轮机转轮叶片结构动力特性分析

转轮是水轮机结构中重要部件之一。比较不同单元类型对转轮叶片振动计算精度的影响,从推导的转轮叶片液固耦合运动方程出发,分别计算混流式水轮机转轮叶片在空气中和在工作流道中振动的主频与主振型。结果表明,叶片在水中的频率较空气中的频率有所降低,而且不同阶的频率降低值不同。     

海上超大型风力机结构动力学响应及稳定性研究

为研究不同运行方式对湍流风及地震作用下海上风力机动力学响应及稳定性影响,以DTU 10 MW海上单桩式风力机为研究对象,采用p-y曲线描述桩基与海底土壤之间的相互作用,基于有限元软件Ansys建立风力机有限元模型,并对其进行结构模态、动力学及屈曲分析.结果 表明:塔架模态振型以扭转和弯曲振动为主,其一阶固有频率介于理想...     

Barge平台漂浮式风力机动态响应及稳定性控制研究

将调谐质量阻尼器(TMD)配置于漂浮式风力机机舱或塔架可提高其整体稳定性,但加剧了塔基疲劳载荷.为此,在平台内部配置TMD进行减振控制,以ITI Barge平台为研究对象,建立漂浮式风力机动力学模型,研究塔顶前后和侧向位移随TMD质量、阻尼及安装位置的变化规律,采用多岛遗传算法求得最优TMD参数,对比分析风波载荷作用下无TMD控制、机舱TMD控制及平台TMD控制对漂浮式风力机动态响应特性的影响.结果 表明:塔顶前后和侧向位移随平台TMD参数变化较为显著,当位于相同位置处TMD质量和阻尼较大时,塔顶前后和侧向位移明显减小;平台TMD质量和阻尼不变时,塔顶前后和侧向位移随TMD位置升高逐渐减小.风波载荷作用下,TMD对漂浮式风力机动态响应控制效果较为明显,但各部位控制效果不同,塔顶侧向位移、平台横摇角及塔基横摇弯矩控制效果最为显著.此外,较之机舱TMD控制,平台TMD控制时漂浮式风力机稳定性更好.     

Barge平台漂浮式风力机动态响应及稳定性控制研究

将调谐质量阻尼器(TMD)配置于漂浮式风力机机舱或塔架可提高其整体稳定性,但加剧了塔基疲劳载荷.为此,在平台内部配置TMD进行减振控制,以ITI Barge平台为研究对象,建立漂浮式风力机动力学模型,研究塔顶前后和侧向位移随TMD质量、阻尼及安装位置的变化规律,采用多岛遗传算法求得最优TMD参数,对比分析风波载荷作用下无TMD控制、机舱TMD控制及平台TMD控制对漂浮式风力机动态响应特性的影响.结果 表明:塔顶前后和侧向位移随平台TMD参数变化较为显著,当位于相同位置处TMD质量和阻尼较大时,塔顶前后和侧向位移明显减小;平台TMD质量和阻尼不变时,塔顶前后和侧向位移随TMD位置升高逐渐减小.风波载荷作用下,TMD对漂浮式风力机动态响应控制效果较为明显,但各部位控制效果不同,塔顶侧向位移、平台横摇角及塔基横摇弯矩控制效果最为显著.此外,较之机舱TMD控制,平台TMD控制时漂浮式风力机稳定性更好.     

Barge平台漂浮式风力机动态响应及稳定性控制研究

将调谐质量阻尼器(TMD)配置于漂浮式风力机机舱或塔架可提高其整体稳定性,但加剧了塔基疲劳载荷.为此,在平台内部配置TMD进行减振控制,以ITI Barge平台为研究对象,建立漂浮式风力机动力学模型,研究塔顶前后和侧向位移随TMD质量、阻尼及安装位置的变化规律,采用多岛遗传算法求得最优TMD参数,对比分析风波载荷作用下无TMD控制、机舱TMD控制及平台TMD控制对漂浮式风力机动态响应特性的影响.结果 表明:塔顶前后和侧向位移随平台TMD参数变化较为显著,当位于相同位置处TMD质量和阻尼较大时,塔顶前后和侧向位移明显减小;平台TMD质量和阻尼不变时,塔顶前后和侧向位移随TMD位置升高逐渐减小.风波载荷作用下,TMD对漂浮式风力机动态响应控制效果较为明显,但各部位控制效果不同,塔顶侧向位移、平台横摇角及塔基横摇弯矩控制效果最为显著.此外,较之机舱TMD控制,平台TMD控制时漂浮式风力机稳定性更好.     

基于混沌理论的超大型漂浮式风力机动态响应研究

大型化后的漂浮式风力机非线性运动特征显著增强,为此以DTU 10 MW风力机为研究对象,建立NAUTILUS半潜式平台漂浮式风力机模型,在机舱内部配置调谐质量阻尼器(TMD),通过多岛遗传算法优化TMD参数,研究无TMD控制、TMD控制(未优化)及优化TMD控制下漂浮式风力机运动响应特性,并基于混沌理论,采用相空间重构...     

EXPERIMENTAL INVESTIGATION FOR THE EFFECT OF ROTATION ON THREE-DIMENSIONAL FLOW FIELD IN FILM-COOLED TURBINE

An experimental investigation of three-dimensional flow field in a film-cooled turbine model is carried out by using particle image velocimeter (PIV) in a low-speed wind tunnel. The effects of different blowing ratios (M=1.5, 2) on the flow field are studied. The experimental results reveal the classical phenomena of the formation of kidney vortex pair and secondary flow in wake region behind the jet hole. And the changes of the kidney vortex pair and the wake at different locations away from the hole on the suction and pressure sides are also studied. Compared with the flow field in stationary cascade, there are centrifugal force and Coriolis force existing in the flow field of rotating turbine, and these forces bring the radial velocity in the jet flow. The effect of rotation on the flow field of the pressure side is more distinct than that on the suction side from the measured flow fields in Y-Z plane and radial velocity contours. The increase of blowing ratio makes the kidney vortex pair and the secondary flow in the wake region stronger and makes the range of the wake region enlarged.     

变载荷下风力机齿轮传动系统的动态响应分析

根据风力发电机组在随机风场中变速、变载的工作特点,基于组合风速模型,研究了由随机风速引起的时变载荷(扭矩)。综合考虑了风力机齿轮传动系统的内、外部激励,利用拉格朗日方法推导出其动力学方程,对变载荷下风力机齿轮传动系统的动力学特性进行仿真计算分析,获得了风力机各级齿轮的振动位移和各齿轮副的动态啮合力,为风力机齿轮传动系统的振动特性分析和结构优化设计奠定了基础。     

极限风况下风力机柔性部件动力学响应研究

风场是影响风力机气动和结构特性的最直接因素。基于对不同风况模拟、气动计算,以某1.5 MW风力机为例,模拟其在不同风况下的动力学特性动态响应。通过分析各叶片叶尖位移、叶根受载及塔架顶端位移的动态响应,结合发电工况分析控制策略的选择。研究结果表明:在添加相干湍流到基础湍流上模拟拟序结构风况时,叶尖挥舞、摆振;叶根挥舞弯矩、摆正弯矩、变桨力矩;塔尖前后挥舞、左右摆振都有不同程度的增大。且风轮计算点上部分风速已远大于参考风速,控制策略的选择需要根据瞬时风速而变。研究成果对风力机的气动、结构设计和控制策略的改进具有一定的参考价值。