离心式风机叶轮流固耦合下的模态振型分析

针对风机叶轮在旋转时发生耦合振动的问题,以离心式风机叶轮为研究对象,采用κ-ε湍流模型及振动力学理论,对叶轮周围流场及模态进行分析,得到不同转速下离心式风机内部流场的压力及速度分布情况。结果表明:受压较大区域分布在风机出口周围,叶轮中心速度较小,沿径向方向速度逐渐增大;随着转速增大,叶轮前4阶模态逐渐降低,后2阶模态逐渐增高。所得结论为风机叶轮的使用工况及优化设计提供了参考。     

大型风力机叶片在三维湍流下的载荷分析与计算

风力机叶片载荷的分析和计算是叶片结构设计的重要依据,也是整个机组设计过程中的关键和基础性工作之一。在叶片坐标系下,分析了1.5 MW风力机叶片的主要载荷并介绍了载荷的计算方法;应用Bladed软件将得到的湍流风文件加载到风力机叶片模型上,采用Improved von Karman湍流模型,分析叶片在正常风工况及极端湍流风况下的载荷情况,为叶片的结构设计及强度校核提供参考。     

铝合金风机叶轮焊接结构强度校核方法分析

为确保铝合金风机叶轮的焊接结构在服役过程中的安全性,计算了某型号离心式风机叶轮的叶片空气阻力载荷和离心力载荷两类额定工作载荷。对于单个叶轮叶片,其空气阻力仅为43. 1 N,而离心力载荷则是2 433. 6 N,因而离心力载荷是工作载荷的主要部分。焊缝需要承载叶片离心力和焊接残余应力,是构件的薄弱环节。对焊接结构进行了理论计算与有限元分析等两个方面的强度校核分析,证实了焊缝强度足够承载工作载荷。采用焊接行业标准与风机行业标准分别对理论计算进行校核,结果表明叶片外侧焊道比内侧焊道更有利于结构承受工作载荷。     

铝合金多翼式窄型腔风机叶轮的整体砂型铸造工艺

提出一种前向多翼式窄型腔风机叶轮的整体铸造工艺, 采用活动叶片式模型制作出叶轮型芯,实现了叶轮的整体砂型铸造,解决了窄腔型、封闭式结构叶轮整体铸造时无法脱模的技术难题;采用该工艺整体铸造的风机叶轮不仅铸造精度高、强度高、质量好,而且铸造成本低,生产效率高.实践证明,本工艺可广泛应用于各种多翼式叶轮的整体浇注.     

基于 Pro／E 和 CFD 计算大型造船门式起重机风载荷

利用三维建模软件Pro/E建立大型造船门式起重机模型,网格化后导入流体动力学CFD软件中计算造船门式起重机的风载荷。与依据《起重机设计规范》（ GB/T3811-2008）计算的风载荷值相比较,发现《起重机设计规范》计算的数值偏于保守和系数取值过大,某些局部风载荷增大情况不能准确的反映。该计算方法为大型门式起重机设计提供参考。     

基于FAST与Simulink风力发电机组降载荷控制研究

控制方法可以以提高风能捕捉率和减少风力发电机组动态载荷来提高整机性能.用叶轮统一变桨控制方法来调节额定转速以上区域的叶轮转速,提高传动链模态中的阻尼.在现代控制论的基础上,对风力发电机组进行线性化计算,应用状态评估方法来减少整机的测量对象,用线性最优控制来调整反馈增益,用DAC控制来清除风扰动.作者建立了基于FAST风力发电机结构动力学软件和Simulink联合仿真下的现代控制仿真模型,将结果与PI控制方法进行对比,体现了现代控制算法的优越性.     

风力发电机叶片的动力特性分析

对750 kW水平轴风力发电机叶片在风、重力和离心力的耦合作用下的动力特性进行仿真分析.根据选定的湍流模型,并将自然流风视作黏性不可压缩的定常流,同时把风机叶片作柔性体处理,模拟得出风轮面的流线图和任一时刻的风机叶片全局力学性能数据.对仿真结果进行分析,得出风力发电机叶片的受力、变形分布形态和规律,为风机叶片进一步的失效分析和结构优化设计提供依据和参考.     

复杂曲面双吸式离心泵叶轮铸件参数化设计

叶轮是离心泵产品的核心零件,结构形状复杂,对其采用的普通建模手段效率低下而且质量不高.本文在研究了离心泵叶轮三维建模的一般步骤前提下,采用SolidWorks API参数化建模方案,以Visual Basic语言为开发工具,实现了双吸式离心泵叶轮的参数化建模.该系统可以快速地生成双吸式离心泵叶轮三维机械零件模型和铸件模型,提高了离心泵叶轮产品的开发效率和模型精度.     

疏浚泥泵叶轮的反求设计及加工仿真

以国外的先进泥泵实体为参照物,应用反求设计的方法,在MasterCAM平台上建立了泥泵叶轮的三维模型,为实际设计叶轮提供了直观的参考;在合理选择切削用量的前提下,进行了叶轮的加工仿真,为叶轮的制造提供了直接的评价.     

仿生表面的离心风机叶轮抗冲蚀性能研究

目的 针对传统方法对提高离心风机叶轮抗冲蚀性能效果不显著的问题,从仿生学角度出发,对基于沙漠红柳优异抗冲蚀机理的仿生离心风机叶轮抗冲蚀性能进行了研究.方法 对沙漠红柳、垂柳树皮进行顺纹拉伸和冲蚀试验,定性定量分析沙漠红柳抗冲蚀磨损性能.基于对沙漠红柳树干、树枝体表形态表征测试,建立仿生表面模型,并利用Fluent对其进行数值模拟,比较分析不同仿生表面模型的冲蚀磨损性能及机理.参照ASTM-G76-83标准,设计制造离心风机冲蚀磨损试验装置.并基于有限元仿真结果和风机叶轮冲蚀性能的可视化研究,优化并制造离心风机仿生叶轮,对其进行冲蚀试验,评价分析各试验因素对叶轮冲蚀性能的影响.结果 沙漠红柳树皮弹性模量(509.17 MPa)大于垂柳树皮弹性模量(313.19 MPa),沙漠红柳冲蚀磨损量最大值(21.6 mg)小于垂柳冲蚀磨损量的最小值(24.1 mg),表明沙漠红柳具有较优的抗冲蚀性能.进一步观测沙漠红柳树皮形貌,发现其体表分布有大量的凹槽和凸包等特殊形态,通过模拟发现,这些特殊形态相较于光滑表面,可有效降低粒子对表面的冲蚀磨损量.基于对样件的冲蚀试验发现,影响叶轮冲蚀性能的主次因素依次为:单元形态、间距、特征尺寸.最优样件组合为:V形槽、间距2 mm、特征尺寸4 mm.结论 沙漠红柳树皮具有优异的抗冲蚀性能,这与其体表特殊形态紧密相关.基于沙漠红柳体表特殊形态设计的仿生离心风机叶轮较光滑叶轮,具有优异的抗冲蚀性能,经测试发现,最优组合样件的抗冲蚀性能较传统的光滑件提高了28.97％.     

大型风力机复杂叶片机器人自动喷涂路径规划

为缩短传统叶片制造过程中喷涂工艺所花的时间,设计一种单导轨双悬臂式单枪喷涂机器人,并制定一种针对大型复杂风力机叶片进行机器人自动喷涂的方案。先建立所喷涂叶片的三维模型,然后通过喷涂工艺参数和模型曲面外形特征来设计喷涂轨迹,再从轨迹线条中提取能够表示关键特征的三维坐标点数据,接着采用D-H参数对喷涂机器人进行建模,求取了运动正、逆解,从而把笛卡尔坐标系下的三维坐标转化为机器人关节参数。最后在此基础上通过RobotStudio软件进行仿真实验,验证喷涂工作是否顺利完成、所截取的插补点位、轨迹间隔是否合理,为大型叶片自动喷涂装置的研制提供参考。     

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。     

风电行星轮系动态传动误差计算与分析

风电齿轮箱内的行星齿轮系在运行过程中产生的传动误差分析困难。为解决此问题,考虑行星齿轮系的实际工况,利用三维绘图软件建立多间隙的行星齿轮系非线性有限元模型。采用显式动力学求解方法,结合非线性动力学软件及齿轮啮合原理,讨论风电行星轮系在不同转速和负载时的动态传动误差曲线的变化规律。结果表明:时变啮合刚度和动态传动误差之间有一定的关联;行星轮系的动态传动误差与行星轮的动态传动误差存在差异。通过仿真证明了齿轮啮合刚度和传动误差对风电齿轮箱内的行星齿轮系运行过程有影响,实际应用中采用修边齿轮。     

风力机偏航的模糊- PID分段控制

针对低风速工况,制定风力机偏航控制的策略,对偏航控制的输入量、输出量进行模糊化处理,建立偏航模糊控制器控制规则,完成了偏航的模糊和PID分段控制器的设计,并在Matlab/Simulink中搭建仿真模块.仿真结果表明:设计的Fuzzy-PID控制器的输出曲线能在合理的时间内达到稳态,克服了PID控制的超调和波动,较好地实现了控制要求.     

大型风电机组传动系统动力学仿真分析

针对国产750 kW风力发电机组传动系统故障率较高的特点及增速箱齿轮的失效形式,采用计算机辅助工程技术,重新设计增速箱的传动结构;建立传动系统动力学模型并进行动力学仿真,得到啮合齿轮间接触力与接触区域随时间变化的数据,为进一步的结构有限元分析和优化提供参考。另外,在工作条件恶劣的情况下,对风电机组进行冲击载荷下的动力学仿真分析,得出系统结构的力与力矩的突变曲线图,为风电机组各部件结构及控制系统的设计提供数据基础,为进一步了解风电机组设计机理打下基础。     

具有功率调节和容错能力的风力机自适应控制

水平轴风力机面对高风速变化工况时,极易出现转子灾难性失控超速运行,此时风能转换效率低于预期值,同时恶劣的环境也对桨距角控制提出了容错要求。针对这些问题,提出一种具有功率调节和容错能力的风力机自适应约束控制方案,通过自适应约束的桨距角控制实现安全可靠的功率调节,并集成容错能力以补偿可能的故障影响。介绍水平轴风力机的数学模型和运行要求,分析基准的非线性自适应约束控制方案的设计过程,并在此基础上讨论具有未知控制增益、任意初始条件和存在故障影响下的设计方案,最后搭建MATLAB仿真模型对所提出的方案进行验证。仿真实验结果表明：所提方案可以提高风力机的功率调节效率,同时在不同工况和不同故障条件下均能将转子速度和发电功率控制在安全范围内。     

兆瓦级风机电液比例变桨距系统建模及稳定性分析

针对液压系统存在非线性和软参量等问题,以兆瓦级风机电液比例变桨距系统为研究对象,结合液压变桨距机构各部分的特性,对电液比例变桨距系统进行深入分析并建立了较精准的数学模型,采用古典控制方法分析系统的稳定性及稳定程度。结果表明:该系统模型是可靠的,为完善变桨距控制系统和深入研究风力机的功率控制提供了参考。     

MW级风机齿轮箱故障模拟实验台设计

齿轮箱是风力发电机的核心组件,设计一种可对齿轮箱故障进行模拟分析的试验台,对后期风电机组的运行状态检测及齿轮箱故障诊断有着深远的意义。分析风机齿轮箱试验台国内外现状,根据MW级风机实际参数进行缩放并计算出试验台所需参数,采用变频器控制电机调速以及采用机械飞轮结构模拟真实风机转矩输入以及角速度输入,实现风机动态特性的模拟。     

风力机叶片涂层冲蚀磨损实验装置的设计

风力发电机叶片在风沙环境中运行时会受到挟沙风的冲蚀,导致叶片表面涂层损毁并且降低叶片使用寿命,同时也增加叶片的维护成本。为了探究风力机叶片受挟沙风冲蚀磨损情况,研制一种涂层冲蚀磨损实验装置,该实验装置以压缩空气为动力,通过压缩空气气管接通气源。压缩空气在冲蚀管中建立工作压力,在冲蚀管内完成沙料和压缩空气充分混合,形成高速运动的挟沙风;再利用PLC控制步进电动机转速,通过螺旋推进器进行输沙率控制,由冲蚀管喷嘴喷出,喷射到风力机叶片模型表面对其进行冲蚀磨损实验。该冲蚀装置可实现多种冲击风速、携沙量、冲击角度的多工况磨损实验,能够提供较为精确的实验数据。