基于粘滞阻尼器的单桩式海上风力机结构振动控制

为探究湍流风与地震联合作用下单桩式海上风力机的结构动力学响应与振动控制,以单桩式NREL5 MW海上风力机为研究对象,采用有限元法建立三维壳模型并基于二次开发将体等效线性模型集成于ABAQUS中,通过附加粘滞阻尼器对地震诱导风力机振动进行控制.结果表明:粘滞阻尼器能够大幅降低地震导致的风力机塔顶振动,但对湍流风引起的塔...     

单桩海上风力机风致振动变阻尼控制研究

风致振动是大型风力机发生破坏性事故的主要原因.为探究半主动控制在近海单桩风力机风致振动控制中的应用效果,基于ABAQUS有限元软件二次开发了风力机半主动控制模块,以单桩式NREL5 MW海上风力机为研究对象,通过磁流变阻尼器对Bang-Bang控制、改进Bang-Bang控制及Lyapunov控制3种半主动控制算法在单...     

摩擦阻尼器对海上风力机塔架抗震性能研究

为分析摩擦阻尼器对近海单桩风力机结构抗震性能的影响,以单桩式NREL 5MW海上风力机为研究对象,基于有限元理论,建立三维多物理场模型,对多组实测地震下摩擦阻尼器在近海风力机结构抗震中的应用效果展开研究。结果表明：摩擦阻尼器对风力机塔顶振动具有显著控制效果,伪谱加速度最大时可使塔顶位移降低54.79%,但进入滑移状态后其无法复位的特性会导致风力机塔顶位移平均值无法恢复到震前状态;摩擦阻尼器可有效缓解因地震激励造成的塔壁应力集聚现象,Mises应力最大值降低17.96%;摩擦阻尼器对强伪谱加速度（PSA）地震导致的风力机塔顶位移及海床处弯矩控制效果更佳,而对弱PSA地震导致的结构响应控制效果则较为一般。     

考虑桩基础柔性的固定式海上风力机调谐液柱阻尼器振动控制研究

采用线性耦合弹簧模拟风力机桩基础柔性,基于时域整体耦合分析方法,建立考虑桩基础柔性的海上风力机-调谐液柱阻尼器（TLCD）的耦合数值仿真模型,开展风浪联合作用下固定式海上风力机结构振动控制研究,探讨TLCD对于减振效果的影响,并结合频域响应揭示了TLCD的减振机理。研究表明,所设计TLCD通过调谐支撑结构一阶模态有效降低了固定式海上风力机结构自由衰减时程和耦合运动响应。与此同时,验证了不同设计工况下海上风力结构减振效果的差异,以及环境荷载与海上风力结构耦合效应对于TLCD减振效果的影响,进一步,依据海上风力机结构耦合运动响应控制率对TLCD的适用性和有效性进行了评价。     

柱状漂浮式风力机结构振动控制

针对柱状漂浮式风力机的结构振动控制展开研究.首先为进行调谐质量阻尼器(TMD)参数的优化,对风力机模型进行简化,并对简化模型中的未知参数进行估计;随后,基于简化模型分别使用公式法和遗传算法对TMD参数进行优化,并通过比较塔顶前后位移的标准偏差确定最终的优化方法;最后,为评估TMD对风力机振动控制的影响,构建风力机的联合...     

风浪激励下的海上风力机振动控制

该文建立考虑桩-土耦合作用的单桩式海上风力机整机多体动力学模型,结合水动力和空气动力,借助Matlab/Simulink搭建风力机的联合仿真模型。对安装于机舱内的单调谐质量阻尼器（STMD）和多重调谐质量阻尼器（MTMD）系统进行设计,并在运行工况和泊机工况下进行仿真分析。研究表明,相比于正常运行工况,泊机工况下的调谐质量阻尼器（TMD）振动抑制性能更优,对塔基前后弯矩标准偏差有着最优的控制效果,且MTMD系统中TMD的数量与系统振动抑制性能存在非线性关系。     

考虑桩基础柔性的固定式海上风力机调谐质量阻尼器参数优化研究

将被动调谐质量阻尼器（TMD）应用于单桩基础海上风力机,以降低风、浪联合作用下风力机塔筒结构动力响应。利用等效桩长法模拟桩基础柔性,将该方法引入气动-水动-伺服-弹性-振动控制风力机仿真程序FAST-SC,建立能考虑桩基础柔性影响的固定式风力机-TMD耦合数值仿真模型。同时,选取固定式海上风力机支撑结构一阶弯曲模态为主模态,并将TMD简化为单自由度体系,基于拉格朗日方程建立简化的单桩海上风力机-TMD耦合模型。基于该简化模型,采用响应面法分别对刚性桩基础和柔性桩基础条件下的海上风力机的TMD参数进行优化。将优化的TMD参数代入所建立的能考虑桩基础柔性影响的海上风力机-TMD耦合数值模型中,对比不同风、浪作用下TMD对采用不同桩基础边界条件的海上风力机减振效果的差异。通过对比得出：不同桩基础边界使得单桩基础海上风力机结构频率不同,所得的最优TMD设计参数也不相同,优化设计后的TMD对风、浪联合作用下柔性桩基础海上风力机的减振效果明显优于刚性桩基础。     

基于TMD的半潜式风力机振动控制

针对某5 MW半潜式风力机的振动控制进行研究,以单纯形遗传算法(SCGA)分别对有无行程限制的调谐质量阻尼器(TMD)的固有频率、阻尼比进行参数优化,探讨经过优化参数后的TMD对风力机关键部位位移和载荷的影响。在SIMPACK软件中建立半潜式海上风力发电机组的多体动力学模型,在5种工况下对风力发电机进行动力学仿真分析。仿真结果表明,相较于有行程限制的TMD,施加行程限制后的TMD减振效果变差,但考虑到机舱空间的实际大小,TMD施加行程限制仍有一定的参考意义,且纵向减振效果优于横向减振效果。     

随机风浪作用下漂浮式风力机MTMD振动控制研究

基于多体动力学理论,通过二次开发,基于FAST-SC建立漂浮式风力机-多重调谐质量阻尼器（MTMD）耦合振动控制模型FAST-SC-MTMD。以驳船式海上风力机为研究对象,基于线性调频优化方法完成布置于机舱和平台位置的TMD参数设计。以漂浮式风力机结构运动响应控制率为评价指标,研究在随机荷载激励下将TMD和MTMD应用于在驳船式风力机的减振效果。研究发现,采用机舱和平台同时布置MTMD的减振控制策略,可有效降低驳船式风力机塔基荷载和运动响应。     

基于调频质量阻尼器的并网风力机叶片振动主动控制

风力发电机叶片的振动问题会影响风力发电机的安全运行及功率输出。针对叶片振动控制问题,采用主动调频质量阻尼器(TMD)设计主动控制策略,建立完整的机械及电气耦合模型。基于欧拉-拉格朗日法建立并网变速运行条件下的双馈感应风力机(DFIG)整体动力学模型,包括叶片、塔架的耦合,机械及电气由传动系统耦合。分析湍流载荷、变速诱导力及电网动态对叶片面内振动的影响,文章扩展了现有的模型,考虑了阻尼器停止力,完善了动力学模型,设计了约束系统和H∞鲁棒控制策略。仿真结果表明,提出的模型准确可靠,控制策略能有效减小叶片面内振动,阻尼器行程满足叶片许可的工作空间。此外,数值研究表明,在发生电网故障的情况下,控制器对于风轮速度变化具有鲁棒性。     

海冰载荷作用下海上风力机TMD减振研究

为保证桩柱式海上风力机塔架结构稳定和系统运行安全,提出安装于机舱内的调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD),以减弱海冰与湍流风联合作用环境下的风力机振动。基于多体动力学开源仿真软件(FAST),通过计算并分析NREL 5 MW海上风力机风-冰联合作用下塔顶振动特性,发现TMD控制对前后向的塔顶位移及塔基剪切力影响较小,但可以有效降低侧向的塔顶位移及塔基剪切力,降低幅度分别达39%与52%。同时,塔架一阶固有频率处的响应降低64%与90%,说明TMD装置能有效减弱风力机振动,保护风力机安全。     

海上风力机锥体结构抗振分析

为降低海冰与海上风力机撞击作用下的结构非线性动力响应,提出锥体结构防振模型并将其安置于风力机与海平面交界处。通过开发海冰载荷计算模块并与风力机多体动力学气动-水动-伺服-弹性仿真软件FAST结合,建立风-冰-结构多物理场耦合下的海上风力机动力学仿真模型。基于Croasdale与Karna方法计算海冰与结构碰撞,对比5组不同锥角下的结构动力学响应,研究锥体结构对海冰碰撞的减振降载效果。结果表明:未安装锥体结构时,海冰载荷、塔顶位移与塔顶加速度的幅值较大,且频率易与风力机发生共振;安装锥体结构后,随着锥角由70°减至40°,动态响应减弱,幅值分别减小79%、71. 8%与30. 8%,且频率均远离风力机固有频率,避免发生共振;塔基剪切力的最大值与标准差也因安装锥体而减小,其中最大值减小26. 9%,标准差减小67. 8%,降低风力机所受的疲劳载荷。     

冰区海上风机基础设计中的冰荷载研究初探

冰荷载参与组合的工况往往成为冰区海上风机基础设计的控制工况。通过对冰荷载计算方法、冰激振动研究、冰振疲劳分析和抗冰结构设计的相关介绍,明确了海上风机基础设计中开展冰荷载研究的必要性,为海冰作用对基础设计的影响评估提供了理论依据和技术路线指导。     

基于SMA阻尼器控制的鼓型塔风振响应分析

以某220kV输电线路的风致振动为例,研究了基于SMA阻尼器的鼓型塔振动控制方案和控制效果。先应用有限元软件ANSYS建立鼓型塔的有限元模型,采用线性自回归滤波器法模拟随机脉动风荷载的时程样本,再应用能量法计算所需阻尼器数量,根据SMA阻尼器的工作原理和鼓型塔的结构特点,设计了3种阻尼器布置方案进行结构风致振动瞬态响应仿真,提取各方案控制点位移、加速度时间历程进行比较分析。结果表明,安装SMA阻尼器后,对塔顶位移、加速度的最大减振率分别为37.8%、75.4%,方案3为最优布置方案,可见将SMA阻尼器应用于输电塔振动控制效果较好,合理设计阻尼器布置方案能使阻尼器发挥最大耗能功能,获得最好控制效果。     

湍流风与浮冰联合作用下近海风力机动力学响应

以NREL 5 MW近海风力机为研究对象,基于Kaimal平稳随机风速谱模型建立风力机全域湍流风,同时采用Matlock模型计算动态冰力,模拟风力机所受冰激振动,研究在风-冰联合环境载荷作用下近海风力机动力学响应。结果表明:冰激振动极大地加剧塔顶各向振动;频域上,冰激振动影响主要集中于塔架1阶固有频率和叶片1阶摆振频率,且相应峰值与冰厚呈正相关关系;受冰激振动作用,塔架各向剪切力明显增加,且塔顶和塔基附近增幅大于塔身中部。     

大型海上风电机组变桨距PID控制策略研究

文章针对大型海上风机的叶片具有较大惯性的问题,分析了传统变桨距PI控制器的不足,从而设计出带有超前环节的变桨距PID控制器,其能改善因惯性较大而导致的不良控制效果,并通过典型工况的仿真计算及性能分析,表明PID控制器的整体性能优于PI控制器,不仅具有稳定风轮转速、减轻风机振动的优点,还降低了风机的极限载荷水平,从而在保证安全性的基础上降低了机组成本。     

基于混沌理论的海上风力机锥体结构抗冰研究

为分析在风载-冰载联合作用下海上风力机塔架动力响应非线性特性,以多体动力学仿真开源软件FAST为平台,建立冰-构耦合模型,通过自编程序开发风力机海冰碰撞模块,计算NREL 5 MW风力机在安装不同锥体角度的锥体结构及未安装锥体时受海冰激励作用下的塔顶振动特性,并基于混沌理论,采用相图法及最大Lyapunov指数法从定性与定量两个角度研究了塔顶振动信号的非线性特征。结果表明:未安装锥体及70°锥体结构时,塔顶振动具有明显的混沌特征,最大Lyapunov指数大于零,表现出非周期性的非平稳特征;随着锥体角度的降低,混沌特性减弱并消失,当锥角为40°与50°时,最大Lyapunov指数小于零,混沌特性消失,该结果与塔顶位移时域分析结果相吻合,表明锥体结构能有效减弱塔顶振动,增加风力机稳定性。     

桁架式支撑结构海上风电机组研究

本文基于国际能源署(IEA)课题30"海上风电机组动态学仿真软件和模型的比较"项目第一阶段桁架式支撑结构的海上风电机组仿真结果,针对海上风电模型复杂的特点,给出桁架式支撑结构细节,研究用BladedV3.80建立桁架式支撑结构的海上风电机组模型。与其他软件建立的模型比较质量和模态,验证海上风电机组的模型。     

桩土相互作用模拟方法对海上风机整体结构模态分析的影响

鉴于海上风机整体结构自身的频率较低使基础设计往往受其整体频率的控制,以江苏省海上某风电场工程为例,选取m法、p-y曲线法及DP模型实体有限元方法3种桩土相互作用模拟方法,分析了不同方法对海上风机整体结构模态分析产生的影响。结果表明,3种方法计算的频率相差较小,结果可靠。     

汽轮机叶片结构阻尼研究发展现状及展望

叶片的安全一直是保证汽轮机正常运行的关键.随着汽轮机组单机功率的增大,尤其是近来超超临界机组的发展,末几级叶片越来越长,相应地降低了叶片的刚性,不但使叶片运行时扭转恢复角增大,也降低了叶片抵抗振动应力的能力,采用各种阻尼结构以提高叶片抵抗振动疲劳的能力是各个汽轮机制造厂家广泛采用的方法.在广泛收集有关研究资料的基础上,首先总结了汽轮机叶片中广泛采用的摩擦阻尼理论及试验研究成果,然后介绍了碰撞阻尼结构尤其是一种新的具有自调谐作用碰撞阻尼的一些机理及应用情况.最后对进一步研究汽轮机叶片干摩擦阻尼和碰撞阻尼提供了一些看法.