小型风力机风轮主动侧偏机构试验研究

根据输出的功率信号,对尾翼侧偏角度进行调节,可以在保证主动侧偏型小型风力发电机稳定安全运行的基础上,实现风能最大利用.通过实验得出不同侧偏角下风轮功率的输出,然后根据模拟输出功率信号,测试在不同工况下,主动侧偏机构动作的正确性和可行性,为整机试验做好前期准备工作.     

陆海风力机动态响应对比

以NREL实测数据为湍流风场数据源,以NREL 5 MW风力机为样机,并结合波浪作用,分别研究了陆海风力机平台及各柔性部件的动力学响应.结果表明:平台运动形式主要为纵荡、纵摇和首摇;漂浮式风力机的叶根摆振力矩和纵向剪力要大于陆上风力机;漂浮式风力机塔尖和塔基纵向剪力及塔基俯仰力矩的波动范围为陆上风力机的3倍;漂浮式风力机塔尖运动加速度呈现高频和大跨度的特点.     

2.5MW风力机风轮设计及数值模拟

以我国中部某地一年实测数据为基础,结合Wilson叶片设计方法,利用Soildworks软件建立风轮模型。利用FLUENT软件模拟了7种不同来流下风轮流场的情况,得到了速度分布、湍动能分布云图,计算了不同来流情况下风轮的仿真功率,并与理论值进行对比,可为风力机实际运行提供一定的理论指导。     

风力机风轮非定常气动载荷计算

运行中的风力机风轮经常受到自然风变化带来的非定常气动力的作用。数值模拟这一非定常气动力对于风力机的安全优化运行和性能改进具有重要意义。文章介绍了所开发的基于粘性修正的三维速度势面元方法,以速度势方程作为流动控制方程,使用Prandtl-Schlichting方法考虑空气在叶片表面的粘性作用。通过与风力机的试验数据对比显示,计算值均与试验值吻合良好,显示了用该计算方法估算风力机三维非定常气动力和扭矩的应用价值。     

风力机旋转风轮振动模态分析

对水平轴风力机旋转风轮振动模态计算分析方法和影响固有频率计算结果的因素进行了研究。应用多体动力学的方法，探讨了旋转叶片动力刚化效应产生的原因；考察了叶片动力刚化效应以及玻璃钢／复合材料的各向异性性质对叶片振动模态的影响；通过自行开发的前处理软件建立叶片实体模型，运用ANSYS结构分析软件对所设计的600kW风力机旋转风轮的振动模态作了仿真分析，得到了风力机复合材料叶片动力刚化效应振动模态数值分析结果，并对结果进行了分析比较。     

小型风力机

风能是目前最接近于实用化的一种可再生能源.在离大陆较远的海岛或孤岛上,解决能源问题比较困难.若采用柴油机发电,则成本太高;采用输电线路送电,又很不现实,严重影响了经济的发展和生活水平的提高.但是,在这种海岛上,一般风能资源比较丰富.因此,海岛风力发电实用化提上日程,越来越受到重视.     

风力机讲座 第六讲 风力机风轮的气动设计

在风力机设计中,首要的问题是如何把风能转换成机械能,然后加以利用,如发电或提水等。把风能转换成机械能是由风力机的风轮完成的,因此,风轮设计极为重要。风力机种类很多,这里只介绍水平轴风力机风轮的气动优化设计。需要指出的是,风轮优化气动设计方法比较多,在这里,作者根据自己的设计经验,介绍一种简单而又实用的方法。这个方法,无需使用计     

浮式风力机平台动态响应优化研究

为探究漂浮式风力机平台的动态响应及其优化措施,建立基于OC3-Hywind Spar Buoy平台的NREL 5 MW漂浮式风力机模型,并对平台分别附加垂荡板和螺旋侧板。通过辐射/衍射理论并结合有限元方法,考虑风、浪、流载荷的联合作用,对平台的动态响应进行数值模拟分析,得到各波浪力随波浪频率的变化及平台在纵荡、垂荡和纵摇方向上的动态响应。结果表明:附加螺旋侧板可明显降低平台所受一阶波浪力,附加垂荡板效果不明显;附加垂荡板和螺旋侧板可明显抑制平台在垂荡、纵摇方向的运动,对纵荡方向响应抑制效果不明显;平台所受二阶波浪力数值远小于一阶波浪力。     

大型水平轴风力机风轮模型风洞试验

以1.5 MW风力机风轮模型为研究对象,利用自行设计建造的测试平台在北京航空航天大学D4风洞开展风轮气动性能测量试验。试验结果表明:启动风速约为4 m/s,启动力矩为0.034 Nm(试验条件);额定状态下的风能利用系数为0.41,最大风能利用系数为0.42。在5~20 m/s实验风速范围内,风轮气动性能良好。     

风力机机舱故障诊断专家系统方法研究

该故障诊断专家系统结合风力发电机组机舱发生故障的事实和多名专家的实际经验及查阅文献,并采用模糊理论为研究方法.最后以一具体实例加以分析,验证专家系统在风力机机舱故障诊断中的可行性.     

风力机风轮结构阻尼比改进方法研究

针对某风力机风轮结构,提出了翼型加厚、新型双夹板式叶片连接、叶片沿翼展方向开槽和加肋3种结构改进方法,利用B&K公司最新研究的PULSE16.1结构振动分析系统对原翼型风轮和3种结构改进的风轮进行模态测试,获得了风轮结构改进对其阻尼比的影响特性。研究发现,3种结构改进方法均可有效改变风轮阻尼比随振动阶数升高跌宕起伏变化的规律,其中尤其以翼型加厚造成的影响最为显著;翼型加厚对通常关注的1,2阶振动的阻尼比影响相对显著,双夹板式叶片连接方式、叶片沿翼展方向的开槽和加肋两种改进方法则对1,2阶振动的阻尼比影响相对较小,且较均匀。相关研究成果对风轮阻尼比的设计和优化具有较重要的实用价值。     

风轮间距与相位角对双风轮风力机功率特性的影响

采用雷诺平均N-S方程和滑移网格建立双风轮风力机气动特性分析模型,将风力机叶片压力分布和功率特性计算值与实验值进行对比,并分析双风轮间距和相位角对风力机功率特性的影响规律。结果表明:前风轮的输出功率基本不受风轮间距的影响,后风轮的输出功率随风轮间距的增大而减小,且降幅逐渐增大;随着风轮相位角的增大,前风轮的输出功率先减小后增大,后风轮的输出功率先增大后减小;当风轮相位角为30°和75°时,双风轮风力机总输出功率分别达到最大值和最小值。     

达里厄型垂直轴风力机风轮设计及性能数值计算

介绍了达里厄型垂直轴风力机风轮的设计方法,并选用NACA0012翼型进行了算例设计.考虑到风力机的实际运行方式,运用计算流体动力学软件Fluent对设计算例进行合理地建模和性能数值计算.计算采用了SIMPLEC算法、标准的k-ε湍流模型和滑移网格技术,并对数值计算结果进行了分析.结果表明,数值计算具有较好的准确性和可信度,可为达里厄型垂直轴风力机的改进设计提供参考.     

浮式风力机多平台阵列的动态响应

为研究浮式风力机多平台阵列的动态响应特性,建立了基于OC3-Hywind Spar Buoy平台的NREL 5 MW浮式风力机整机模型,根据辐射/绕射理论方法分别研究并比较了单平台、1×5线性排布和3×3方阵排布的多平台动态响应特性.结果表明:浮式风力机Spar平台在纵荡、垂荡和纵摇方向的响应均集中在低频波浪阶段;1×5线性排布的多平台纵荡位移响应均低于单平台,共用系泊系统有效抑制了平台的纵荡位移响应,但是对垂荡位移、纵摇偏转角响应影响不大;3×3方阵排布位于两侧的平台存在较大的横荡位移响应,但纵荡位移响应均小于单平台,位于中间位置的平台纵荡位移响应大于单平台,但横荡位移响应几乎可以忽略不计;3×3方阵排布中心位置和顶点处的平台垂荡位移、纵摇偏转角响应小于单平台,其余平台垂荡位移、纵摇偏转角响应没有受到明显抑制.     

水平轴风力机风轮气动性能数值模拟

以某上风向定桨水平轴风力机风轮为研究对象进行数值模拟,采用不可压N—S方程和κ -ω SSTN方程湍流模型,数值模拟了不同风速下风力机风轮的流动特性。结果表明：随着风速的增大,靠近叶片中部截面最先发生失速。在此基础上,分析了叶片整体的压力与速度分布。     

水平轴风力机风轮结构特性综合剪裁

基于静态与动态测试技术,对水平轴风力机风轮的结构特性进行了综合剪裁。在静态结构特性方面,用单点加集中荷载所得数据来综合评定受分布荷载作用的风轮叶片的强度及变形特性。为风轮叶片强度设计提供有效的判据。在动态测试方面,应用ＤＡＳ动态信号分析与故障诊断系统,对水平轴风力机的风轮叶片进行了试验模态分析,通过测量风轮叶片的振动信号,得到了风轮叶片的各阶模态分布,为风力机总机的总体优化设计提供了可靠的依据。     

遗传算法在风力机风轮叶片优化设计中的应用

提出了风力机风轮叶片的优化设计模型,该模型考虑了风场风速的概率分布,以风力机年能量输出最大为设计目标。为加速搜索寻优过程并保证获得全局最优解,采用ECGA算法进行搜索寻优。与传统的遗传算法相比,ECGA搜索寻优速度更快,获得的结果更准确,也可以使用更小的种群,函数求值次数也更少。利用开发的优化设计程序,设计了1.3MW失速型风力机的叶片。与已有的1.3MW失速型风力机相比,设计结果显示了明显的优越性,说明该优化设计模型的有效性和实用性。     

风轮尺寸与旋向对双风轮风力机功率特性的影响分析

为掌握双风轮风力机风轮尺寸与旋向对其功率特性的影响规律,文章建立了双风轮风力机气动特性分析模型,并与美国国家能源部可再生能源实验室的实验结果进行了对比,计算分析了双风轮尺寸和旋向对风力机功率特性的影响规律。结果表明:当风速为10 m/s时,设计的双风轮风力机比单风轮双叶片风力机输出功率提升了84.9%;随着风轮半径增大,双风轮风力机输出总功率逐渐增加;当前、后两风轮反向旋转时,双风轮风力机前风轮大后风轮小的布局可获得更高的输出功率,且增幅随着后风轮半径增大先减小后增大,最大增幅为5.3%;除前、后两风轮半径相同的情形之外,双风轮风力机前、后两风轮同向旋转时输出总功率更大。     

漂浮式海上双转子风力机动态响应研究

为研究漂浮式海上双转子风力机的动态响应特性,采用OC3-Hywind Spar漂浮式平台,搭建了漂浮式海上双转子风力机仿真系统。采用自由涡尾迹法(Free Vortex Wake, FVW)和OpenFAST水动力计算模块,建立了漂浮式海上双转子风力机的气动-水动耦合分析模型,并进行了风浪耦合分析与控制仿真。结果表明：主副转子功率波动幅值随风浪夹角变大而逐渐减小;主副转子间流场比陆上双转子风力机更加复杂,多目标变桨控制既可减小功率波动又可缓解副转子的疲劳损伤;风浪夹角在0°和90°的工况下,平台运动响应波动较为明显。