风力发电机叶片的流固耦合分析

应用流固耦合方法对750kW水平轴风力发电机叶片在特定风场下进行数值模拟仿真。根据选定的K-ε湍流模型,并将风作为黏性不可压缩流体来处理,计算出流固耦合作用下叶片的应变分布情况。对结果进行分析,得出风力发电机叶片的受力分布形态和规律,为进一步的疲劳寿命、断裂分析和风机叶片的结构优化设计提供依据和参考。     

风力发电机叶片气动性能数值模拟

利用FLUENT软件对750 kW风机叶片在额定风速和12个非额定风速工况下进行气动性能的数值模拟计算,计算叶轮的受力、扭转力矩、输出轴功率和风能利用效率等性能参数;绘制功率曲线图,并和风机叶片实测功率曲线进行比较,验证了风力机气动性能数值模拟的可靠性以及叶片建模的合理性.观察叶轮表面的压强分布、流速分布、湍流强度、流速矢量等流态图,对风力发电机叶片的数值模拟计算结果进行分析,可进一步验证所设计的风力发电机叶片气动性能的优劣,为风力机叶片的设计、改型和研发工作提供技术参数和指导.     

风力发电机齿轮箱高故障率原因的研究及改进措施

风能是利用最广泛的清洁能源,随着对新能源的不断开发利用,风力发电机的装机容量不断提高,然而却出现了风机故障率较高的问题,通过对风力发电机故障诊断研究现状进行分析,发现在风力发电机各部位故障中齿轮箱是故障率最高的部位,并且风力发电机齿轮箱故障率明显高于普通齿轮箱,以典型风力发电机齿轮箱为研究对象,通过仿真分析与研究,研究了风力发电机齿轮箱故障高发的作用机制及根本原因,在结构上提出了相应的改进措施,并对改进后结构的有效性进行了验证,为风力发电机齿轮箱的设计及运行提供了重要的参考。     

基于光纤光栅应变监测的风机叶片损伤识别及预警

风力发电机在运行过程中叶片容易损伤,存在安全隐患。为了对风机叶片的损伤状态进行识别和预警,通过光纤光栅传感器采集得到的应变数据,建立基于应变的叶片材料损伤模型;在有限元分析软件ABAQUS中建立风机叶片结构的有限元模型,通过模态分析得到叶片的固有频率。同时对应变数据进行傅里叶变换,分析叶片损伤状况的频率特征,并与固有频率对比判断叶片是否发生共振;最后,根据风机叶片运行过程中采集的应变时序数据,采用深度学习方法进一步对风机叶片的损伤程度进行识别。实验结果表明：基于光纤光栅应变数据,从风机叶片材料应变监测、模态频率监测和神经网络模型识别3个方面对叶片损伤进行综合分析和预警是一种可靠且高效的方法,对风机健康监测和安全运行具有重要作用。     

基于SCADA数据协同的风力机故障检测与控制

为了在不停机的前提下,安全可靠地对齿轮箱进行故障检测,并实现风力发电机在齿轮箱故障工况下的容错控制运行,提出一种基于标准数据采集与监视控制(SCADA)数据协同的风力机故障检测与控制方案。介绍了风力发电机的系统模型与SCADA解决方案框架,通过回归建模、异常分析和集成学习对风力发电机系统进行故障检测并获得健康指标;借助模糊逻辑控制对风力发电机的输出功率进行降额控制,从而实现风力发电机在齿轮箱故障工况下的容错控制运行,最后进行仿真实验,并将仿真结果与一个实际运行的2 MW风力发电机系统进行对比。实验结果表明：该故障检测与容错控制方案可以有效地对齿轮箱进行故障检测,并在存在故障时适当对风力发电机的输出功率进行降额控制,从而降低叶片和塔架承受的应力,并有效降低了齿轮箱轴承和润滑油的温度。     

风力发电机叶轮的气动性能数值模拟研究

利用CFD软件Fluent对风力机叶轮在额定风速下的气动性能进行数值模拟研究,通过仿真叶轮周围三维流场流态,得出叶片表面的压强分布、流速分布和速度矢量等流态图,并计算出叶片受力和转矩,验证了风力机叶轮气动性能数值模拟的可靠性,可为风力发电机叶片的优化设计提供技术参数和指导。     

1.5MW风力发电机组轮毂球墨铸铁件的浇注系统设计

为了解决1.5 MW风力发电机组轮毂球墨铸铁件在铸造过程中容易产生缩松缩孔缺陷的问题,采用计算机数值模拟技术对轮毂的浇注系统进行优化设计分析。研究了轮毂球墨铸铁件的凝固特点,明确了铸件产生缺陷的原因,利用三维造型软件和铸造模拟软件对风力发电机轮毂铸件凝固过程的温度场进行模拟,得出了铸造风机轮毂的优化工艺方案。模拟结果显示,优化工艺可以明显地改善风机轮毂在铸造过程中产生的缩孔缺陷。     

双馈风力发电机温度场与环境温度相关性研究

大功率双馈风力发电机异常发热问题是导致风力发电机组失效的主要原因之一,本文基于某大功率双馈发电机单循环冷却结构,分析其内部流场的速度场、压力场分布及冷却介质流通状态,获得了温度场分析所需参数及发电机内部不同位置的冷却状态。研究和计算发电机内部发热元件发热率、导热系数及对流换热系数等发电机温度场参数,结合流场分析结果,对发电机温度场进行计算仿真分析。获得了与工程实际监测数据较为一致的发电机温度场参数,验证了温度场仿真方法的正确性。最后通过对机舱环境温度与电机内部发热元件温度相关性的研究,得出了两者对应的线性函数关系。     

采用镜像对称方法的风机叶片结构补偿

耦合载荷引起的叶片挠曲变形一直以来是制约风力发电机安全性、可靠性提升的瓶颈问题。采用基于镜像对称方法的结构补偿技术对其结构进行优化，首先建立了风力发电机的三维模型，对其流固耦合特性进行分析；其次，根据叶片的节点变形建立风力发电机的参数化模型，采用中心复合设计方法生成了81组样本点；最后，采用直接镜像对称补偿方法和基于优化设计理论的镜像对称方法对叶片结构进行补偿，经对比分析可知，采用镜像对称补偿方法与基于最优化设计理论的镜像对称方法均可有效缓解因气动载荷而引起的风力发电机叶片结构挠曲变形，但前者可以在有效保证补偿结果的前提下节约大量的计算资源。     

叶片质量不平衡对基础环式风机基础服役性能影响研究

风力发电机叶片长期暴露于恶劣的高空环境，极易产生质量不平衡故障，对风力机的稳定可靠运行影响极大。传统的叶片质量不平衡研究主要集中于对风力发电机组功率和塔筒的分析。基础环式基础广泛应用于风力发电机，在循环荷载作用下易发生损伤破坏。因此，基于叶素动量等理论建立考虑叶片质量不平衡故障的基础环式风机基础服役性能评估模型，模型利用解析方法计算质量失衡叶片对基础造成的附加荷载，结合平衡条件和连续性条件，选用大型有限元软件ABAQUS模拟分析叶片质量不平衡故障对风力机基础应力、疲劳寿命以及侧壁混凝土裂缝发展规律的影响。结果发现：质量失衡叶片在水平方向对风力机基础疲劳寿命的影响最大，叶片质量失衡故障会加快基础混凝土损伤过程，增加基础环的水平度，进而降低风力机基础整体服役的可靠性。此外，建议风力机发生较小叶片质量失衡损伤时通过降低转速维持风力机运行，并定期监测叶片质量失衡比。