风电机组塔筒固有频率的计算

风电机组塔筒与叶轮发生共振将严重影响风电机组的安全性。以四川A风场2 MW风电机组为对象,结合瑞利法、工程算法和规范估算公式等对风电机组塔筒进行了固有频率的解析计算,并且利用ANSYS有限元分析软件对风电机组塔筒的三维有限元数值仿真模型进行模态分析,计算出塔筒的理论频率。对比分析了所提出算法的塔筒频率计算结果。分析表明：风电机组正常运转情况下,塔筒不会和风轮发生共振;其中一部分公式精确度较好,可以为塔筒的动态设计提供理论依据,具有一定的实用价值。     

基于有限元方法的风电机组塔筒及法兰优化设计

采用有限元软件ANSYS以某型76m高风电机组塔筒为基础,运用形状优化和尺寸优化,优化设计出该风电机组66m塔筒,同时对优化后的方案进行了校核,保证新设计塔筒满足强度、振动要求;采用ANSYS Workbench中的多目标优化工具Design Explorer/VT结合结构优化理论,对新设计66m风电机组塔筒中部连接法兰进行了优化,根据实际要求建立优化分析模型,以满足强度要求且使用材料最少为优化目标,通过计算得到了满足设计目标的最优方案,相比原始方案,优化后的法兰内表面和过渡圆角的应力分布更加均匀,并且总质量比起原始方案减少了780kg,优化效果显著。     

风电机组塔筒在线监测技术的应用研究

以塔筒形态在线监测系统的研究为切入点,将倾斜传感器和加速度传感器的数据代入塔体变形的参数方程式,通过方程求解、现场工程实践等方法较准确地得到塔体的变形数据。该系统可以广泛应用于风电机组塔体等高塔的倾斜及变形测量,实现在线安全监控。     

考虑叶片旋转与土构耦合作用的海上风电机组塔筒动态特性研究

基于有限元软件Ansys对NREL 5 MW单桩式海上风电机组塔筒系统进行三维实体建模,分析了叶片旋转状态和桩基土构耦合作用对塔筒振动特性的影响。结果表明：考虑叶片旋转产生的离心力和离心刚度时,土构耦合作用会显著降低塔筒前两阶模态频率,其相对变化量分别为-31.68%和-31.74%,同时会增大塔筒瞬态位移响应,塔筒顶部在前后方向和侧向上的最大位移比底部固定约束时分别增大86.94%和46.59%;在叶片旋转与土构耦合共同作用下,塔筒等效应力显著增大,最大等效应力增大了57.38%,塔筒的一阶及二阶模态频率会在转速9.5 r/min附近与叶片1P转频产生共振点,而在额定转速以内不会与叶片3P转频产生共振。     

海上漂浮式风电机组塔筒优化方法研究

为适应复杂多变的海上环境,高效利用风资源、减少用钢成本,开展漂浮式风电机组塔筒的结构优化设计。以船载风电机组为研究对象,引入漂浮式基础的动态响应,作为影响塔筒弯曲变形的重要约束条件。在保证风电机组稳定功率输出的前提下,以质量最轻为优化目标,以塔筒构造要求和规范为基本约束条件,建立漂浮式基础风电机组塔筒的数值优化模型,并利用遗传算法完成了模型优化。结果显示,在保证风电机组稳定性和正常功率输出要求下,塔筒的质量降低了35%,刚度提高了25%。     

海上风电机组塔筒安全状态评估方法研究及应用

塔筒作为风电机组的承力部件,其可靠性对风电机组的安全运行至关重要。通过对海上风电机组塔筒实施动态倾斜监测,结合塔筒初始刚度状态信息,提出通过塔筒(包括基础)静态刚度圆和最大动态刚度圆分析方法来评估海上风电机组塔筒刚度状态,为海上风电机组塔筒安全状态评估提供一种直接、有效的研究路径。该评估方法以风电机组安装完毕后的状态作为初始状态,将获取的塔筒初始状态下的静态刚度圆和最大动态刚度圆作为样本数据,为后期风电机组运行过程中塔筒刚度状态提供对比依据,评估结果具有较高的精度和稳定性,评估效果好。该评估方法已经在中国某海上风电项目中进行应用,具有较好的实用性和参考价值。     

海上风电塔筒防腐系统的选择与运用

通过电化学原理、热力学理论,将海上风电塔筒所处腐蚀环境进行细化分析,针对各个环境状态下的腐蚀机理,采取不同的腐蚀防护措施。在海洋大气区,采用涂料防腐;在浪花飞溅区和海水潮差区,采取包覆防腐;在海水全浸区,采用阴极保护方式进行防腐。同时,依据NORSOKM501和ISO20340为涂装系统设定了性能要求。     

风电机组装配式超高钢混塔筒刚度鲁棒性分析

装配式超高钢混塔筒在设计阶段往往过度关注局部构件的承载能力及安全裕度,忽视了装配式结构存在的整体性、刚度及抗震性能差等问题。为找到对整体结构刚度影响大的接触面并加固处理,在局部构件满足承载力要求的前提下须对整体结构刚度鲁棒性进行分析。文章选取分段式和分片式两种不同技术路线的140 m高钢混塔筒结构形式进行分析。首先,对这两种钢混塔筒结构进行模态分析,获取初始前6阶自振频率;其次,计算结构单一接触面分别部分失效情况下的自振频率,获得接触面的重要性排序;最后,计算接触面按重要性逐一失效情况下结构最终的鲁棒值。结果表明:分片式钢混塔筒结构刚度鲁棒性优于分段式钢混塔筒;在混凝土段高度1/6,1/2及5/6附近(从底到顶)要避免设置接触面或设置加强连接措施。     

大型风电机组塔筒门洞的参数化优化设计

风电机组塔筒结构的薄弱处是门洞,门洞设计的好坏将直接影响到塔筒整体的可靠性。借助CAE工具ANSYS Workbench对大型风电机组塔筒门洞进行参数化建模,并将决定门洞形状的3个参数（椭圆长轴RMX16、短轴RMN18和直边H21）作为输入参数,von mises应力作为输出参数,设优化目标为应力最小,得到优化后门洞形状为椭圆形。实践证明,利用结构优化设计的理念,对塔筒门洞进行形状参数优化,可以求得最优塔筒门洞形状,用以提升塔筒的可靠性。与常规结构设计方法相比,采用优化设计方法,显著提高了设计效率、设计品质,而且节约了设计成本,可以在风电机组的产品设计中推广应用。     

低风速型风电机组高柔塔筒涡激振动疲劳损伤评估

为实现低风速型风电机组高柔塔筒抗疲劳设计,以某140 m柔塔机组为研究对象,采用欧盟标准EN 1991-1-4推荐的有效相关长度法和频谱模型法,开展涡激振动疲劳损伤评估。基于有限元法建模获取结构固有模态属性;由疲劳应力-寿命（S-N）曲线、风速瑞利分布和Miner法则推导塔筒疲劳应力范围和损伤规则;对比分析柔塔与刚塔两类机型临界风速分布和焊缝疲劳损伤分布。结果表明：柔塔更易激发二阶涡激振动,二阶涡激载荷显著增大,其损伤对不同风场条件（年平均风速、风切变）极为敏感;在6.5 m/s设计风速下,45%～85%塔筒高度处疲劳损伤均超过IEC 61400-6塔架与基础设计要求20年损伤限值0.1,存在疲劳破坏风险,须考虑加阻措施或优化结构设计。     

小型变桨距风力机的气动优化设计

基于叶素动量理论分析了小型风力机的气动性能分析模型,并提出了叶片的气动优化设计方法.结合叶片制造和应用中的实际要求,设计了10 kW小型变桨距风力机叶片的气动外形.计算结果表明,设计叶片具有良好的气动性能,验证了该设计方法有效实用.     

大型风力发电机组塔架优化设计

鉴于塔架对风力发电机组的承载能力、使用寿命与安全的影响,因此对塔架进行科学、合理的设计尤为重要。提出了风力发电机组塔架的设计思路,总结了静强度、屈曲稳定及模态分析等理论基础的特点,通过整合这些理论基础给出了优化设计步骤,并以湘潭电机股份有限公司某大型风机为例,采用Matlab对塔架进行了优化设计。结果表明,采用基础理论对塔架进行优化设计是简单有效的方法之一,且在满足各项安全指标的前提下,有效地控制了塔架重量,适合推广应用。     

低温环境下风电机组塔架选材研究

我国风能资源富集区有较大部分处于低温环境,低温环境对结构部件最直接的影响是容易使承受动载的结构发生低温脆断,这是一种危害很大的灾害性破坏形式。塔架是风电机组的重要结构部件,为了避免塔架发生低温脆断有必要对低温环境下塔架选材进行研究。在阐述断裂韧性和低温冲击功关系的基础上,本文给出了按国内标准和欧洲标准Eurocode3进行低温环境塔架选材的对比分析,讨论了低温环境下塔架选材存在的问题,为低温环境下塔架选材提供参考。     

聚风导流型立轴风力机设计及气动性能分析

针对传统的立轴风力机风能利用率低的问题,应用正交优化法和流场数值模拟技术对聚风导流型立轴风力机的结构设计参数进行了优化设计。在同尺度下与传统立轴风力机进行了对比分析。结果表明,聚风导流型立轴风力机叶轮的输出功率、风能利用率及自启动特性均得到了显著提高。     

基于CFD的旋转风轮气动性能分析

采用Fluent6．3软件,并结合SSTκ-ω模型对1．2MW风力发电机旋转风轮流场进行了数值模拟,对设计转速为18．44r／min工况下三叶片风轮与相同叶片单叶片、双叶片以及四叶片风轮流场的输出功率与湍动能进行了比较,并分析了风轮旋转对叶片间流动的影响．结果表明：旋转上游叶片在转动过程中会发生附着涡的脱落,导致旋转下游叶片周围流场的环境发生变化,对叶片转矩及输出功率造成较大影响．在翼型优化中,考虑叶片间作用可以提高风力发电机的效率．     

考虑库水阻尼耗能的重力坝地震响应分析

为精确分析重力坝的地震响应,考虑库水的辐射阻尼耗能,采用库水阻尼元件法将库水惯性质量和阻尼元件共同作用在大坝迎水面上。阻尼元件的阻尼系数根据能量在边界的反射与透射得到,由库水密度、水中纵波速度、单个阻尼元件的影响面积和边界输入、输出能量的比值决定。以Koyna重力坝为例,利用有限元软件ABAQUS进行地震响应分析,并与Westergaard附加质量法的结果进行对比。结果表明,库水阻尼元件法与实际情况更吻合。     

考虑风剪切的1.3MW风力机整机三维定常流动数值研究

分别采用均匀风和剪切风对1.3 MW失速调节风力机整机在8 m/s和13 m/s来流风速下的绕流流场进行全三维定常数值模拟。根据模拟结果分析叶片不同截面的压力系数分布、沿叶展方向的功率分布、风轮三维流场细节、风轮下游不同距离处的静压分布和二维相对速度矢量分布情况。结果表明：剪切风下,风力机功率计算值与设计值吻合较好;在靠近叶根处,适当地减小有效攻角可提高翼型气动性能,选择适应较大攻角的翼型,可以提高叶根处的输出功率;在靠近叶尖的部位,适当增加有效攻角,同时选择适应小攻角的翼型可以提高叶尖处的输出功率;在叶根部位,发生了明显的流动分离;塔架与轮毂所在位置的下游尾迹处产生的漩涡和干扰要远远大于叶轮面其他部位。     

叶片转角对小型Savonius风机气动性能的影响

Savonius风机是一种典型的垂直轴风力发电机,通过对其进行流固耦合分析,研究叶片转角对风机气动性能的影响.利用ANSYS的CFX流体模块,流体湍流模型选择基于RANS的标准k-ε湍流模型,对风轮进行流固耦合分析,从而获得叶片产生的力矩情况,并计算了风机的功率特性.利用求解结果,得到了力矩系数与叶片转角之间的关系.分析了风机叶片在旋转一周中所产生的最大扭矩以及负扭矩所处的位置和范围.通过分析转角对风机性能的影响,可为今后的Savonius风机叶片形状优化和效率提升提供参考.     

水平轴风力机三维气动特性实验

以国外某公司的水平轴风力机产品为原型设计模型风力机，并搭建了风洞实验台，测定了风力机三维速度流场，为研究水平轴风力机关键气动问题做好准备，并初步获得风力机的进出口流场的实验数据。表明，所做的风洞实验基本反映了风力机的运行特点，捕捉到了叶片尾迹流动的基本特征，为进一步进行风力机的气动特性研究和设计高性能的水平轴风力机提供了保障。     

水平轴风力机的几个关键气动问题探讨

水平轴风力机是最有效的风能转换装置之一 ,在世界各地得到了广泛的应用。本文讨论了在风力机的研究和开发过程中所遇到的几个关键气动问题 ,在分析这些问题产生原因的基础上 ,介绍了目前的研究现状和研究水平。本文并结合问题所涉及的基本理论 ,以及学科发展的趋势 ,提出了解决问题的基本方法 ,以及发展方向和近期可望达到的目标等