运行状态下海上风机结构振源特性研究EI北大核心CSCD

由于海上风机结构运行环境的复杂性,其振源的准确识别与振源特性研究已经成为风机运行安全性评估的重点问题。以某新型复合式筒型基础结构海上风力发电试验样机为研究对象,依据原型观测获得的全负荷条件下结构不同位置的振动响应数据,对不同运行工况下诱发结构振动的振源进行全面识别与分析。利用谱峭度法识别明确引起海上风机结构振动的主要振源及其对应振动响应的频域属性,通过经验模态分解法对实测信号进行分解得到表征各振源特性的频域或频率尺度的分量,同时引入振动能量法对不同振源的能量比重进行统计分析,给出了海上风机结构运行状态下结构整体振动主振源及其对应振动能量分布随运行因素变化的分布规律。研究表明随着机组负荷的增加运行状态下海上风机结构振动的振源变化遵循由单一的环境荷载激励转为环境荷载激励和叶轮转动联合作用再到完全由叶轮转动产生的谐波激励影响的规律。     

谐波干扰下海上风机结构工作模态识别

针对海上风力发电机组高转速叶轮对风机结构会造成强烈的周期性激励,而该强谐波作用往往会淹没响应中的结构模态信息,增加识别结构工作模态参数难度问题,以某海上风电试验样机振动响应原型观测信号为研究对象,采用基于改进特征系统实现法(Eigensystem Realization Algorithm,ERA)与概率密度函数法(Probability Density Function,PDF)结合的工作模态识别方法及判定思路,剔除不同工况下转频、倍频谐波成分干扰,实现风机结构多阶工作模态参数有效识别。该方法不仅能有效避免谐波干扰以获取结构的真实工作模态,同时对海上风机结构运行安全性实时在线监测、评估具有较好的工程适用性。     

三桩基础海上风机结构的比较分析

该文研究三桩基础海上风机的各部分结构分别对整体发电结构自振特性的影响。用有限元软件ANSYS分别建立了三桩基础海上风机的5种有限元模型,分别从自下而上和自上而下2个方向分析了海上风机的基础、塔筒、叶片分别对整体发电结构自振特性的影响。结果表明叶片对整体发电结构自振特性的影响最大,塔筒的影响比较大,基础的影响最小。     

运行状态下弹性车轮降噪特性试验分析

通过对运行状态下装有降噪弹性车轮的100%低地板车和装有普通钢轮的B型地铁的车轮近场噪声试验分析,得到实际运行状态下降噪弹性车轮的频谱特性,也获得降噪弹性车轮(下称弹性车轮)相对于普通钢轮的降噪特性的差别。研究结果表明,与普通钢轮相比,弹性车轮的近场声辐射较小。当车速为60 km/h时,车轮内侧距离车轮30 cm处实测噪声水平测试结果分析表明,同一位置弹性车轮近场声辐射比普通钢轮降低2.4 d BA。在该位置,弹性车轮在较宽的频域范围内有较好的降噪效果,但是在低频和1 000 Hz~1 600 Hz频率区段内降噪较薄弱,这主要是由弹性车轮自身的固有振动特性造成的。相关分析结果可为弹性车轮进一步降低噪声提供参考。     

厂顶溢流式水电站振源特性研究

以某水电站灯泡贯流式机组厂顶溢流布置型式为对象,研究该新型结构的振源组成及对厂房结构影响。通过理论分析结合原型观测数据,对机组运行及泄流产生的厂房结构振动频率进行识别,确定其动荷载来源。分别统计厂房结构主要部位振动达峰值时不同频率所占比重,计算实测工况频带能量对总振动响应的贡献,分析分频振动随负荷的变化规律。结果表明：狭缝射流、转轮叶片振动与协联关系不正确引起的振动为主要振源。泄流诱发厂房振动微弱,对厂房结构运行与安全无影响。该结果可为量级评估该型式水电站厂房振动提供依据。     

三桩基础海上风机整体结构的共振分析

该文对三桩基础的海上风力发电整体结构进行了共振分析。通过有限元软件ANSYS,建立了海上风机整体结构的有限元模型,进行了模态分析,得到了前十阶的自振频率和固有振型。然后分析了引起结构振动的主要振源,计算了这些振源的振动频率,将其与海上风机整体结构的自振频率进行了共振分析。结果表明各种主要振源不会引起海上风机整体结构的共振。     

多振源激励下站房结构振动响应分析方法

立体式、现代化铁路站房结构处于列车行驶、人行及设备运行等多振源共同激励的复杂振动条件下,目前国内外尚无合理的多振源激励下站房结构振动响应分析方法。通过分析列车行驶、人行及设备运行单独激励下站房结构振动响应的时频域特性和频带交叠情况,提出了基于均方根加速度、考虑加权功率相干叠加的多振源激励下站房结构振动响应分析方法,并对方法的合理性和适用性进行了论证。以天津西站站房结构为例,分别采用非相干叠加方法和加权功率相干叠加方法对站房结构进行三振源激励下振动响应分析。结果表明,考虑加权功率相干叠加的振动响应均方根加速度区间可以包络三振源激励下非相干叠加的站房结构振动响应均方根加速度值。     

海上风机桩式基础结构形式综合模糊优选

针对海上风机基础设计中经常遇到复杂的方案优化选型问题,将多因素、多级模糊优选理论引入到基础的设计选型中。针对影响因素复杂、确定隶属函数主观因素较强的情况,成功引入因素的优先关系法来确定优选矩阵的隶属度,较好地解决了确定隶属函数的人为影响。通过此优选模型成功地将影响基础设计选型的13种主要因素和4种桩基基础设计形式进行了多级模糊综合优选决策,得到了比较理想的决策结果,为海上风机基础设计选型提供了新的思路。     

超长期循环荷载作用下海上风机大直径单桩动力特性演变规律研究

大直径单桩基础是目前应用最广泛的一种海上风机支撑结构,其现有相对成熟的研究主要集中在承载力、累积变形和初始动力特性计算等问题。而海上风机对海洋环境中的风、浪、流、地震波及其运行荷载等动荷载非常敏感,因此在长期循环荷载作用过程中,其振动特性变化规律必须得到充分研究。通过在干砂中对大直径单桩进行室内1g模型试验,以模型桩承载力为参考值,施加相同频率、不同幅值的循环荷载,并在加载过程中进行频响分析,得到桩顶水平位移频响函数,进而得出了以下结论：(1)桩基一阶共振频率随循环次数增大而增大;(2)阻尼比随循环加载次数整体呈降低趋势;(3)桩顶刚度则受循环荷载的致密作用和振动坑的形成等多因素影响,割线刚度主要呈下降趋势,卸载刚度呈增大趋势。     

风机的运行状态监测与故障诊断及其MATLAB实现

本文介绍了时间序列分析在风机模型构建、状态监测与故障诊断方面的应用原理，并用MATLAB语言建立了风机运行状态的AR模型，并以此模型为基础，实现了风机的运行状态监测与故障诊断。     

基于振源识别的高速微铣削机床状态研究

对介观尺度下三向正交的高速微铣削力混合信号提出一种有效的分离算法,从而获得高速微铣削力的真实信号及机床振动信号并基于此对机床状态进行分析。算法首先以信息量为处理标准将观测信号初步分离,再将分离得到的各分量信号作为行向量构造矩阵,最后对该矩阵进行以高斯性最大为度量的分离,逐一得到各激励源信号,并对其快速傅里叶变换得到频谱,结合机床结构及介观尺度下高速微铣削加工特点,识别微铣削力信号及机床状态信息。实验结果分析表明：该方法可成功对介观尺度下高速微铣削加工中主要激励源和机床状态进行有效识别。     

混凝土受力状态下超声波传播特性研究

本文研究了混凝土在单轴向压力下超声波速、幅值及主频的变化规律。试验表明，波速对混凝土构件中的应力变化敏感度较低，在７０％的极限应力范围内，波速基本保持稳定。因此在工程实际中利用超声波速－强度率定曲线推测混凝土承力构件的强度时，波速无需修正。与波速相比，超声幅值衰减量对检测裂筵开展则具有较高的灵敏度。为提高超声检测的精度，本文采用波速、幅值、频率综合判断法，提出了损伤系数的概念，对混凝土的损伤程度作出定量评价，文中结果对进一步提高混凝土无损检测精度，评估混凝土结构在受力、收缩、徐变等因素影响下的损伤程度有一定的应用价值。     

海上风力发电机组支撑结构动力特性分析

采用欧拉-伯努利梁模型来模拟海上风力发电机组的支撑结构,利用通用有限元软件ANSYS对机组支撑结构进行计算建模。在此基础上,分析了风力发电机组上端结构质量（风轮、机舱等）、整个机组重力以及海水对支撑结构固有频率的影响,并给出瞬态冲击下支撑结构的动力响应历程。计算结果表明,在计算海上风力发电机组支撑结构固有频率时应考虑上端结构质量的影响,可以不考虑重力的影响,而海水对高阶固有频率影响很大;在瞬态冲击下,上端结构质量使得支撑结构响应变得平缓。     

基于高性能桩单元法的海上风机单桩支撑结构水平承载力研究

海上风力发电机单桩支撑结构由单桩、过渡段和锥形塔筒组成。海洋土体变异性大和风机塔筒变截面的特点大幅增大了使用离散弹簧法进行支撑结构计算的梁单元划分量。为实现对风机支撑结构的高效模拟,该文提出了一种改进的欧拉-伯努利梁单元,该单元实现了桩土相互作用关系的内置和对单元变截面的考虑,相较于传统梁单元大幅度减少了单元划分量。该文在单层与多层土体中验证了上述单元的精确性与高效性,并研究了新型单元在风机单桩支撑结构计算中的适用性。在此基础上,进行了风机单桩水平承载性能参数分析,研究了桩长与桩径对大直径桩水平变形规律和承载力的联合影响,研究给出了不同于现有规范的刚性短桩-中长桩划分的相对刚度特征值临界范围。     

最佳运行状态管理模式研究

精细采油管理是油田开发的重要环节,是采油厂的核心工作内容,提升系统保证能力是实现油田持续发展的前提和基础。2009年我们率先在传统管理方法的基础上进行突破和创新,着力构建了系统最佳运行状态管理模式。2010年我们继续研究和推进该项目,力求“做精做细、做实做专、实现系统最佳状态运行生产管理的目标”。目前该管理模式已经成为保障工程系统正常生产的有效载体,极大提高了工作效率和执行力,保证了油田开发。     

土基海流耦合条件下海上风电场塔架支撑结构动力特性初探

针对海上风力机塔柱支撑结构受到土基、海洋流体作用的复杂特点,开展多介质耦合条件下塔柱支撑结构动力特性研究。在考虑流固耦合基础上,进一步考虑海床土基弹性条件对塔柱结构动力特性的影响。最后得出了水流、土基与塔柱结构三合一综合动力特性分析结果,初步取得了变化规律。研究结果对海上风电场塔架支撑结构的抗振设计及进一步的研究提供了重要基础性参考依据。     

运行状态下风力机叶片涂层沙蚀磨损研究

通过对运行状态下的1.5 MW风力机叶片缩微模型进行冲蚀磨损试验,模拟真实运行状态下风力机叶片涂层的冲蚀磨损过程,研究不同叶轮转速、叶片分区、沙粒粒径对叶片涂层冲蚀磨损量的影响,分析叶尖前缘和近后缘处表面磨损的微观形貌,明确了运行状态下风力机叶片与沙粒之间的相互作用方式及冲蚀磨损机理.运行状态下,风力机叶片涂层冲蚀磨损进程特征依次为麻面、冲蚀坑、冲蚀坑合并、涂层小块剥落和涂层大面积剥落.不同叶轮转速下叶片涂层的冲蚀磨损量虽存在差异,但冲蚀磨损进程有着较高的相似性,可将整个过程分为磨损孕育期、快速磨损期和缓慢磨损期.随着冲蚀区域与叶根距离的增大,叶片涂层的冲蚀磨损量不断增大.不同粒径沙粒冲击叶片涂层,冲蚀磨损进程总体趋势相似,但粒径越小,冲蚀磨损进程的发展越缓慢.沙粒冲蚀前缘处的相对运动可近似为垂直冲击,冲蚀磨损特征主要为近圆形冲蚀坑及横向裂纹扩展下的涂层脱落;冲击近后缘处时,冲蚀磨损程度明显低于前缘处,冲蚀磨损形式主要为凹形压痕及鳞片状薄片脱落.     

海上风电风机制造质量标准化的研究和实践

随着国内海上风电行业的兴起和发展,一批海上风电风机供应相继建立。但国内海上风电风机缺乏具体、统一的制造质量标准,早期海上风电风机出现较多质量问题。本文介绍了采购方牵头研究风机制造典型质量问题,制定制造质量标准化。提升了风机制造质量水平和效率,保障了项目进度,为后续工程质量管理和海上风电风机行业标准化可行性研究提供参考。     

海上风机单桩基础受船舶撞击的数值研究

目前国内没有海上风机受船舶撞击的相关规范和损伤评估标准,以国内某单桩基础海上风机为例,运用LS-DYNA软件从能量变化、最大撞击力和风机响应角度对风机受船舶撞击过程进了分析,并提出面积受损率来评估风机受损程度。分析结果显示:船舶初始动能在分别不超过约35 MJ、35 MJ、25 MJ时,最大撞击力与船舶质量的1/3次方、速度、撞击角度的正弦值成线性关系,超过时线性关系不再明显;面积受损率能合理反映单桩基础的受损区域和受损面积。