海上随机风速作用下风力机叶片动力响应分析

通过自行编制的Davenport风谱程序建立了更加贴近实际工况的风场,以UG建立的叶片三维实体模型为研究对象,对海上随机风速作用下风力机叶片的位移和应力响应进行了数值模拟与分析.结果表明:叶片最大挥舞振幅及其承受的最大Mises应力均随平均风速的增加而增大;最大挥舞振幅沿翼展方向呈非线性增大趋势,并在叶尖处达到振幅最大;最大Mises应力出现在叶片中部靠近前缘的位置,而在叶根和叶尖部位相对较小.     

达里厄风力机恶劣工况下气动特性的数值模拟

以一台具有三个叶片的达里厄风力发电机为例,分析了不同相位叶片的受力特点;基于Fluent软件,采用雷诺时均N-S方程和k-ωSST模型,结合MRF旋转坐标系技术对垂直轴风力发电机进行了二维数值模拟,研究了该垂直轴风力机的风轮扭矩的周期性变化规律,确定了一个旋转周期内的恶劣工况。通过对恶劣工况下不同来流风速和转速时的瞬态数值模拟获得了其流场特征。研究表明:叶片之间的干扰和风轮的气流泄露将在不同程度上影响风力机的性能,并模拟计算了增加叶片后的扭矩变化规律。     

风力机叶轮单向流固耦合工程分析方法研究

风力机风轮的叶片根部为叶轮最薄弱的结构位置.为提高风力机的运行可靠性,对叶片根部进行动态响应分析,利用逆向工程重构风力机叶片,运用ANSYS WorkBench搭建流固耦合模型,研究风力机在运行环境风载荷作用下的叶片整体位移和应力分布.依据叶轮叶片在三维流场的动力响应,进一步研究风轮在复杂工况下运行的稳定性,为风力机的...     

一种新型4叶片聚能风力机气动性能研究

基于扩散器计算流体力学模型和叶素动量理论,建立了聚能风力机的气动性能计算模型.通过扩散器装置和增加叶片数得到了一种新型聚能风力机构型.新型风力机在一定来流风速范围内增加了叶片切向力的分布,从而提高了风能利用系数.研究结果表明聚能风力机的启动风速得到了有效降低,最大风能利用系数超过贝兹极限.     

高原风力机与来流湍流的多尺度结构响应关系

为了解在高原环境下的大型风力机功率输出和来流湍流之间的尺度关系,以青藏高原环境下的大型水平轴风力机为研究对象,基于先进的激光雷达测量技术,通过现场实验的方法,在特定风速下,对机组持续运行1 h的湍流来流和输出功率间的尺度耦合关系进行研究与分析。结果表明: 中尺度范围的湍流尺度时滞与对流时间的比值近似于功率的延迟时间与对流时间的比值;来流湍流的间歇性特征被传递到风力机风轮上,且因湍流强度和风剪切的增加而被放大;高频区湍流对功率无明显影响。本文的研究结果可为高原地区及其他特殊工况下风力机结构响应的研究提供参考。     

停机状态叶片位置对风力机体系气动性能影响

为了研究停机状态下叶片不同位置对风力机体系气动性能的影响程度,以南京航空航天大学自主研发的3 MW水平轴风力机为研究对象,采用大涡模拟(LES)方法对停机状态下叶片不同位置时的风力机体系气动性能进行数值模拟.基于8种计算工况(由叶片旋转全过程状态下和塔架的相对位置确定)下的三维非定常数值模拟结果,研究风力机体系表面空间风压分布特性及周围流场的作用机理,总结出不同停机状态下叶片位置对风力机气动性能和干扰效应的影响规律.结果表明,叶片停机位置对风力机体系表面风压分布和绕流特性的影响显著,上游叶片的遮挡效应对塔架迎风面和侧面产生显著影响,随着塔架与叶片相对位置的接近,塔架背风面尾涡区域变得细长且不规则.     

Darrieus垂直轴风力机的双盘面随动流管模型

针对现有垂直轴风力机流管模型中未经充分实验验证的流管假设,提出了一种针对垂直轴风力机的空气动力模型———双盘面随动流管模型.模型整体采用双盘面单流管模型,局部采用随动流管模型,同时考虑了叶片的动态失速效应,并结合了Gormont动态失速模型.其中,双盘面单流管模型假设风轮的上下盘面均具有各自恒定的来流风速;随动流管模型假设叶片的相对局部风场中存在随动流管,流管方向与叶片相对风速方向一致,并随叶片实时运动.在Matlab中建立了模型并进行了系统计算,通过与实验数据的对比分析发现,该模型可较好地预测风力机的整体气动性能.同时研究结果表明:为了较准确地预测风力机在低尖速比范围内的气动性能,动态失速效应是不可忽略的.     

风力机叶片二元翼段静气动弹性机理

针对风力机叶片翼型静气动弹性的发散速度、载荷重新分布等问题,在线弹性范围内,基于气动弹性力学理论,推导出适用于风力机叶片二元翼段静气动弹性的基本方程.以攻角为输入量,压力为输出量,翼型的弹性扭角为系统的反馈量,建立了风力机叶片弹性翼型的气动弹性反馈模型.在危险风速工况下,对3种典型翼型的风力机叶片二元翼段进行了计算分析,得到了扭转刚度、刚心与气动中心距离对风力机叶片二元翼段的发散速度、附加扭角和升力分布的影响.研究了不同翼型对风力机叶片二元翼段附加扭角和升力分布的影响,结果表明,当扭转刚度较小时,附加扭角的增加在一定程度上提高了翼型的气动性能;当扭转刚度较大时,附加扭角增加较小,对翼型的气动性能影响较小.     

碳纤维与玻璃钢风力机叶片动力特性的对比分析

以NREL 5 MW风力机叶片为研究对象,分析了碳纤维与玻璃钢(GRP)材料的叶片和风轮在静止工况下的模态频率与振型,对比了两种叶片在额定工况下的应力与位移。研究结果表明:两种材料的叶片均表现出较高的抗扭能力,碳纤维风轮的抗摆振能力更强;碳纤维与GRP叶片位移及应力分布相似,刚度较低的GRP叶片使得其位移响应值很大、应力响应值相对较小。     

屋顶安装型风力机塔架风振反应分析

为了研究屋顶安装型风力机塔架在风荷载作用下的动力性能,对该塔架进行风振时程反应分析.建立考虑叶片传至塔架作用力的塔架振动方程,采用引入快速傅里叶变换(FFT)技术的谐波叠加法分别模拟得到叶片和塔架的风速时程,利用叶素理论计算叶片传至塔架作用力.研究屋顶集风效应和叶片旋转对此类风力机塔架风振反应的影响.结果表明考虑屋顶集风效应后塔架的风振反应有一定增强;叶片旋转情况下塔架位移和弯矩显著增加.     

10MW风力机叶片设计与动力特性

为了研究大型风力机叶片在静止和转动状态下的振动模态及其变化特点,通过叶素动量理论和复合材料的叶片设计方法完成了10 MW风力机叶片的设计.基于多体系统动力学理论和超级单元模型,结合动力学分析软件ADAMS对静止状态下叶片的线性特征值进行了分析,考虑叶片的弹性变形和旋转,应用刚性积分方法对叶片的非线性控制方程进行数值求解,通过傅里叶谱分析方法,实现风轮旋转条件下的运转模态识别.结果表明,在动力刚化效应作用下,叶片的固有频率会随着转速的增加而增大.     

基于风电机组LPV模型参考自适应独立变桨控制

为了减少大型风电机组多输入、多输出的非线性耦合影响和独立变桨带来的附加控制载荷,根据线性参数变化理论（LPV）对风电机组风能转换系统进行局部线性化,建立统一化的风电机组独立变桨线性参数变化LPV模型.利用模型参考自适应控制理论（MRAC）,以线性化后的LPV控制系统为被控对象建立参考模型,设计出高性能的独立变桨距自适应控制系统.采取波波夫（Popov）超稳定性分析法给出风电机组LPV模型参考自适应控制律,并对所设计的LPV模型参考自适应独立变桨距系统进行计算机仿真实验.实验结果表明,所设计的基于LPV模型参考自适应系统能够适应机组参数在较大范围内的变化,能够实现风电机组独立变桨系统的整机控制,具有良好的稳定性和快速性.     

叶片刚度对风力发电机组载荷的影响

为了研究受叶片刚度变化影响的载荷灵敏度问题,提出利用柔性多体动力方程对全耦合风机进行建模的方法,并考虑叶片旋转时产生的空气动力、重力及离心力作用对叶片进行模态分析,求解叶片的气动阻尼.运用Newmark法对风力发电机组叶片进行动态分析计算,得到总的动态响应载荷.以某3 MW风力发电机组为例,计算叶片在不同刚度下的载荷敏感度,仿真其在额定风速下的正常发电情况,获得其叶根、塔底、偏航轴承以及轮毂的载荷.仿真结果表明,叶片刚度降低导致叶根载荷减小,但是塔底、偏航轴承载荷增加;叶根XY、塔底Z、偏航轴承Y及轮毂Z方向载荷变化较为敏感.     

新型交流励磁直驱风力发电机的空载特性

为解决现有双馈异步风力发电机低风速段运行范围窄和直驱永磁风力发电机励磁不可控的问题,提出一种新型的采用交流励磁的直驱式风力发电机.利用已经设计的发电机参数,推导新型直驱交流励磁风力发电机的数学模型,同时利用MATLAB的Simulink功能建立发电机空载模型.结果表明,励磁频率、定子频率及转子机械转速频率间存在线性关系;发电机机械转速在低风速段时,通过调节励磁频率和励磁电流,发电机仍能输出额定电压,最终增加了发电机的运行范围.     

基于滑模控制的风机最大风能追踪

为了最大限度地利用风能,提高风力发电系统的效率,提出了一种基于滑模控制的最大风能追踪方法.建立了风机控制系统,并且基于滑模控制原理建立了滑动平面,设计了滑模控制率,并进行了稳定性分析.利用Matlab/Simulink对系统进行仿真研究表明,实际电磁转矩能较快地跟踪期望值,验证了该控制策略的正确性和有效性.所建立的滑模控制系统不依赖于风速,具有较好的鲁棒性和控制精度,实现了最大风能追踪.     

大型风力机主轴承故障信号提取方法

针对大型风力机主轴承易发生故障且特征信号难以提取的问题和传统盲分离算法计算量大、收敛性较差的缺点,提出了基于粒子群优化的盲源分离算法.算法根据负熵最大化判据,采用粒子群优化算法对盲源分离过程进行优化,且将该算法成功应用于某风场大型风力机主轴承故障信号的提取中.分析结果表明,该算法可有效分离大型风力机主轴承与其他部件的振动信号,与其他算法相比具有分离精度高、可靠性好等优点,对风力机主轴承的故障诊断十分有效.     

基于小波分形理论的风电轴承故障识别

针对风电轴承振动特征信号易被环境噪声调制污染、信噪比低、具有非线性和不平稳的特点,利用基于小波分形的故障识别方法对此进行了研究.采用小波包分解,利用互信息法和Cao算法分别确定了相空间的延迟时间和嵌入维数,根据不同频带的关联维数变化确定风电轴承的工作状态.该方法不依赖于风力机工作的动力学模型,对整体系统信息状态变化敏感.通过现场实验证明,该方法较好地解决了风电轴承故障难以识别的问题,为更加细致地研究风电轴承振动信号提供了重要参考.     

汽轮机叶片圆环形盘铣刀包络铣削方法

为提高汽轮机叶片的加工效率,缩短汽轮机生产周期,在分析汽轮机叶片曲面构成及其加工方法的基础上,提出了采用圆环形盘铣刀包络铣削汽轮机叶片曲面的新方法.利用定向最小距离原理,对圆环形盘铣刀包络加工刀触点和刀具轨迹进行计算,研究了刀触点的计算模型和计算方法.采用该加工方法后,刀具轨迹行程相对于采用球头铣刀包络加工时有明显缩短,在提高叶片加工效率方面作用明显.研究内容为汽轮机叶片专用数控机床和叶片抛光机的设计提供了理论参考.     

单层索网玻璃幕墙的风振响应分析

为了研究玻璃面板对单层索网玻璃幕墙结构在脉动风荷载作用下的影响,在阐述玻璃与索网共同工作机理的基础上,利用自回归法模拟得到的风速时程,对是否考虑玻璃面板作用的两种索网模型进行了时程分析.通过参数分析讨论了玻璃面板厚度、拉索截面积以及拉索初始张拉力等因素对脉动风荷载作用下的玻璃面板与索网协同工作的影响.结果表明：是否考虑玻璃面板对节点挠度有较大影响,但是对拉索索力的影响较小.索网节点的最大挠度随着玻璃的厚度及拉索的初始张拉力增大而不断减小,拉索截面积的变化对挠度的影响不明显.而拉索的索力主要取决于拉索截面积和拉索的初始张拉力,索力随着拉索截面积的减小以及拉索初始张拉力的增加而增大.     

基于ANSYS的风力机起动过程仿真

采用自行开发的软件对风力机叶片气动外形进行优化设计,得到叶片外型参数.将数据导入Pro/E,对叶片进行叶片三维实体建模.应用ANSYS有限元软件,对风力机起动过程中叶片的应力分布进行研究,得到风力机叶片在不同起动时间下、不同额定转速下的应力随时间的变化关系.研究表明:叶片上应力增加的速度随起动时间、额定转速的增大而增大,但叶片上的应力的最大值不变.