偏航速度对风力机功率及叶片应力的影响研究

通过实验测试,以动态旋转平台模拟风力机风向变化及偏航对风,研究不同偏航速度及偏航延时时间对风力机叶片应力及功率的影响。结果表明：动态偏航对风过程中,应力值基本呈由前缘向后缘、叶根向叶尖递减的趋势,在叶展方向0.67R及0.75R处,叶根弦向方向0.25c及0.50c处出现应力集中现象,偏航延时时间的加入可有效抑制叶片应力波动,过慢的偏航速度会导致功率曲线出现较大波动。引入一无量纲系数,该系数为风力机功率及叶片应力的比值,通过分析得知在仅考虑风力机叶片应力及功率时,风力机最佳偏航速度为0.5°/s。     

螺栓--法兰连接系统的应力松弛

通过对应力松弛的物理模型分析,推导出高温螺栓－法兰连接时,在考虑法兰弹性变形和蠕变对螺栓松弛影响的情况下,时间ｔ和应力σ的关系式。     

水平轴风力机在偏航情况下动态失速模型分析

介绍了动态失速物理过程及Leishman-Beddoes(L-B)动态失速模型,将其应用到已有的风力机气动性能预测程序中.该文以美国可再生能源实验室的水平轴风力机为基础,预测了在有无偏航情况下不同来流风速的功率,并与美国国家可再生能源实验室的实验结果进行了比较,两者较为吻合.通过给出不同径向位置下攻角和气动力曲线,分析了偏航导致的动态失速发生的基本特征,为进一步研究打下基础.     

小型风力机偏航时输出功率的计算和实验验证

利用风力机在固定偏航时的动量定理,分析了风力机的功率随偏航角的变化规律.对300 W样机进行了外特性测试,通过将理论计算的结果与实验测试结果进行对比,分析了动量定理在风力机偏航时应用的可靠性及存在的问题,为今后风力机偏航时的功率评估提供了一定的理论依据.     

风力机塔筒双盖板穿芯螺栓连接疲劳性能研究

提出一种矩形钢管混凝土束风力机塔筒结构,并对该塔筒结构双盖板穿芯螺栓连接节点进行高周疲劳试验和有限元分析,得到节点的疲劳破坏模式和疲劳寿命。结果表明：矩形钢管混凝土束风力机塔筒双盖板穿芯螺栓连接节点疲劳破坏模式为高强螺栓受剪破坏,破坏集中在钢板连接处。螺栓在钢砼连接面和螺帽处产生疲劳裂纹,在剪切疲劳作用下,穿芯螺栓断裂为3段。有限元分析表明,螺栓规格对试件疲劳性能影响较大,增加螺栓直径,能提高节点的疲劳寿命,但疲劳极限值会减小;盖板厚度对疲劳性能影响不明显。     

MW级风电机组偏航轴承连接螺栓的强度计算

以一个2 MW风电机组偏航轴承连接螺栓为分析对象,对其进行了极限、疲劳、滑移强度计算。首先基于极限载荷计算得到了螺栓的最小极限安全系数;然后利用ANSYS得到了螺栓的载荷-应力非线性曲线;根据该曲线将载荷-时间谱转化为应力-时间谱,利用雨流统计和P-M准则得到了螺栓的最小疲劳安全系数;最后对螺栓的滑移强度进行了计算。计算结果表明,偏航轴承连接螺栓的极限、疲劳和滑移强度满足设计要求。该方法为螺栓的结构设计与优化提供了一种实用的手段。     

偏航偏差角对风力机轮毂载荷的影响

偏航工况是风力机正常运行中的典型工况,为研究偏航工况下风力机轮毂载荷的特性,文章以某实验型3.0 MW机组为研究对象,通过叶片气动分析和Bladed软件仿真的方法,对不同偏航偏差角下的风力机载荷进行仿真分析,得到了风力机的输出功率及轮毂My和Mz的载荷。研究结果表明：当风力机运行在额定风速以下时,偏航偏差角的存在会降低风力机输出功率;当风力机运行在额定风速以上时,一定范围内的偏航偏差角能维持风力机满功率稳定运行。风力机在不同偏航方向下有不同的载荷表现,相比于负向的偏航偏差角,正向的偏航偏差角会导致更大的风力机轮毂载荷。该研究为大型风力机优化偏航控制及保护提供了参考。     

偏航对水平轴风力机尾迹的影响

文章采用数值模拟结合理论分析的方法,对在偏航工况下额定功率为300 W的S翼型水平轴风力机进行计算和分析。首先进行网格无关性验证,在此基础上对4个偏航工况进行数值模拟,对比分析了风轮后不同截面上的尾迹速度和尾迹偏转角。结果表明,偏航导致尾迹中心产生一定程度的偏斜,尾迹形状卷曲不对称,风力机尾迹缩短;随着偏航角的增大,尾迹偏转角增大;随着传播距离的增加,偏转程度逐渐减小,风轮上、下侧尾迹偏转差别很大。     

水平轴风力机稳定偏航气动性能计算

采用涡流柱理论替代动量叶素理论(Blade Element Momentum,BEM)中的动量理论建立了风力机处于稳定偏航时的气动性能计算模型,考虑了叶根旋涡和偏航引起的流动膨胀对诱导速度的贡献.计算结果与文献实验数据的比较表明:轴流来流状态时能较好的预测平均诱导速度因子,攻角的误差是由普朗特(Prandtl)叶尖/轮毂损失模型的不足引起;偏航工况时,在叶片中部攻角预测较为准确,但将叶根旋涡简化为半无限长涡丝以及忽略桨盘上环量沿展向和周向的变化会使得叶根和叶尖处的攻角计算误差较大.     

柴油发电机组飞轮螺栓的应力分析

为了确保飞轮螺栓连接的可靠性,采用接触分析法对螺栓进行了应力分析。结果表明,螺栓最大平均von Mises应力分布在靠近螺栓帽的螺栓杆区域,离心力对于飞轮螺栓的应力分布有一定影响,但数值较小。     

风电机组振动数据分析与偏航校正

风电机组运行数据能够反映各系统之间的相关性和机组运行中存在的问题。为了判断机组发电效率低的原因,本文根据机舱振动加速度数据提出假定并通过计算分析风速功率曲线和偏航误差角度对应关系。现场检查结果表明,该机组偏航存在45°误差并导致振动异常,与理论推算误差角度44.6°相符。     

风电机组轴承磨损的油液监测技术研究与应用

轴承作为风电机组中的关键性、精密型机械部件,在运行过程中易产生磨损,其可靠性直接关系到风电机组的安全稳定运行,因此对其磨损状态进行监测是必要的。通过实例对几种典型的风电机组轴承磨损油液监测技术进行了探索,证实了这些技术的可行性和有效性,对预警滚动轴承磨损和预防设备事故有重要的意义。     

风力发电机组振动故障分析技术

振动故障分析技术是风力发电机组预测性维护和降低维护成本至关重要的手段之一．文章介绍了当前应用于风力发电机组传动链的部分振动分析技术,以及这些振动分析技术的基本原理和优缺点。以期帮助振动分析者能够更好地利用振动状态监测系统分析和了解风力发电机组传动链的运行和振动状态．     

大型风力机叶片模态性能及振动分析

为研究大型风力机叶片铺层参数对叶片动态性能的影响、防止叶片发生共振、减小叶片挠度、改善叶片结构力学性能和提高风力机安全性,建立了5 MW风力机叶片的有限元模型,通过改变铺层材料和铺层角度实现不同的叶片结构,并对成型叶片进行了模态分析;采用CFD方法获得叶片表面载荷,分析不同风速下不同铺层结构叶片振动性能,结果表明:复合材料铺层角度能影响叶片固有频率,叶片低阶振型以挥舞和摆振为主,高阶模态出现扭转;增加0°铺层纤维比例可提高低阶固有频率,45°铺层能提高叶片抗扭能力;叶片振动位移沿叶片展向呈非线性增长,风速越大叶片挠度越大;碳纤维可有效提高叶片固有频率,减小叶片挠度。     

风力机叶片静力测试与分析

利用风力机叶片动力特性实验台测试了风力机叶片在载荷作用下的形变特性,通过改变加载力的大小和加载位置进行多组实验,计算各个截面的弯矩;通过实验和有限元静力分析找出了风力机叶片主要承力部件,对风力机叶片的设计和制造提供了参考依据,对提高风力机的总体性能和优化设计具有重要意义。     

大型风机连接螺栓的疲劳特性分析

通过分析大型风机螺栓力学特性,建立了基于Palmgren Miner线性累积损伤法则的高强度螺栓安全寿命估计方法,考虑到施工时的不确定性,进行了平均应力的修正,给出了不同螺栓规格和法兰厚度的相对弹性系数确定方法,采用Matlab编制了螺栓疲劳计算程序,计算出最危险疲劳工况及其疲劳损伤值,并发现疲劳损伤最大的螺栓与极限状态下的危险螺栓的位置并不重合。     

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。     

大膨胀比对转式离心透平设计

为了设计高效、轻便、紧凑的叶轮机械,根据对转式离心透平的结构特点,选定9个独立初始设计变量,对大膨胀比对转式离心透平进行一维气动设计.采用中弧线叠加厚度方法进行高压静叶和低压动叶的叶片造型,通过压力面和吸力面单独造型完成缩放流道式高压动叶叶片造型,并采用CFX软件对其进行定常数值模拟.结果表明:大膨胀比对转式离心透平的...     

大型近海风力机塔架地震动力学响应分析

地震激励严重威胁风力机正常稳定运行,以丹麦科技大学(DTU)与Vestas公司联合研发的DTU 10 MW风力机为研究对象,考虑海床土壤柔性,基于有限元及p-y曲线法,研究风力机塔架在3种实测地震激励作用下的瞬态动力学响应。结果表明:强震级、长时间的地震激励对塔架造成严重破坏;地震发生时塔顶位移最大、应变能集中于塔基;塔顶振动方向、形变位置、剪切应力及应变能集中区域因地震加速度的方向大小而改变。     

风机螺栓的安全设计探讨

螺栓联结是风电机组中最主要的联结方式之一,机组的主要部件几乎全部采用螺栓联结,因此螺栓的安全设计及校核是风机结构校核中非常关键的工作。由于影响螺栓联结的因素很多,而每颗螺栓的材料特性、联结环境及工作状态各不相同,因此准确计算风电机组每颗螺栓的安全及寿命十分困难。该文从螺栓联结的基本原理出发,结合VDI2230方法,系统阐述了风机螺栓分析的理论依据,给出了螺栓安全设计中关键参数的确定方法,对风电机组螺栓安全校核具有重要的指导意义。