风力机塔架结构研究概述

塔架作为风力机结构体系的重要组成部分,起到支撑上部结构质量、承受动载荷的作用,保障了风力机的正常运行.对塔架结构研究进行总结概述,能够完善风力机结构设计理论体系.从工程实用角度出发,以风力机塔架结构的刚度、强度、稳定性以及抗疲劳性能为核心,围绕结构选型、静动态特性、屈曲特性及疲劳特性等要点问题进行综述,回顾了各领域不同研究阶段的国内外成果,同时,介绍了新型塔架结构设计、随机荷载动力分析以及非线性屈曲与疲劳特性分析等前沿热点问题的研究进展.总结了上述要点问题的研究现状,详细阐述了相关技术的原理和应用,梳理其发展脉络,并对未来研究趋势进行了展望.内容涵盖了风力机塔架结构的各主要设计指标,能够为风力机塔架设计与分析提供指导.     

分段式结构对风力机塔架振动特性的影响分析

针对分段式结构引起的风力发电塔架失稳问题,利用刚体有限元法建立分段式结构三维动力学模型,提取模态分析的前五阶非零模态的振型,研究在湍流工况下分段式塔架连接处内外法兰的振型特性,通过内外法兰的振型与频谱响应对比,分析分段结构对塔架振动特性的影响。结果表明:分段式的外法兰比内法兰各阶振动位移量小,振动变化幅度小,不易发生共振,外法兰的第1阶振型起主导作用,非线性的扭转变形小,该结果可为塔架在运行过程中避免发生共振及失稳现象提供一定的参考。     

风力机塔架在风-地震作用下的动力响应

为了获得水平轴风力机塔架在风-地震联合作用下的动力响应,首先推导了风力机塔架在风-地震联合作用下的动力学运动方程,并对塔架所受外部激励进行了详细的分析。通过对某3.0 MW风力机塔架动力响应进行计算,获得了风力机塔架在风-地震联合作用下的塔架顶部振动位移和塔架底部的载荷,分析了地震对塔架的影响程度,这些计算和分析对处于地震区域的风力机设计具有参考意义。     

大型风力机塔架固有频率分析

以2 MW水平轴风力发电机组为研究对象,基于有限元分析对风机整体结构进行数值仿真。主要研究地基土刚度、塔顶质量、混凝土基础、塔筒门洞、塔筒休息平台对风机整体结构固有频率的影响规律。仿真结果显示:风机整体结构固有频率随塔顶质量的增大而呈现减小趋势,风机叶片、轮毂和机舱设计可适当选择轻质量的材料;整体结构固有频率随地基土刚度的增加而快速增加,但增加到一定数值时这种趋势逐渐减小;塔筒底部简化为刚性约束将导致分析结果误差较大。     

压力机机身振动特性的模态分析

机身的振型和固有频率与其振动现象的发生有密切联系。为了改善冲压件的加工质量,提高模具的使用寿命和减小振动、避免共振,利用有限元软件ANSYS对JG21压力机机身的振动特性进行模态分析。得出表征机身振动特性的主要的5阶振型、固有频率以及相应的应变分布云图。通过分析其各阶振型的具体特点,总结在机身设计和压力机运行过程中以及分析方法方面应注意的问题。     

离散支承矩形板的自由振动

本文研究两对边简支，另两对边离散支承矩形的自由振动问题，推导出了用支点反力表示的矩形板自由振动的振型函数，即Ｇｒｅｅｎ函数，利用支点处的位移相容性，确定支点反力和频率方程，可以求解任意阶的固有频率和振型。     

风力机叶片三维模型颤振问题

颤振对风力机叶片有巨大破坏力,作为一种典型的气动弹性稳定性问题,在现代风力机的叶片设计中越来越受到重视。建立叶片三维叶型模型和整机振动结构模型,利用振型叠加法计算不同振动模态下的特征频率、阻尼比和振型,得出不同叶片结构参数与颤振的关系。结果表明,叶片型面质心和扭转中心的距离、拍打方向弯曲刚度和挥舞方向弯曲刚度对颤振发生有较大影响。     

自行车前叉振动特性及动力反应研究

本文利用结构振动理论对自行车车架与前叉组成的车体结构系统进行了振动特性分析，计算了前叉的动应力。研究表明：前叉质量的合理分布，可以改善其振动响应，动应力明显下降，并对车体结构系统做了振动对比试验。可为优化自行车车体结构的动力学特性提供了依据。     

气动式振动台振动信号生成机理研究

根据矩形薄板横向弯曲振动理论,建立了气动式振动台的力学分析模型,采用基于薄板系统最小势能原理的能量法(Rayleigh-Ritz法)分析和计算了振动台面的固有频率和归一化条件下的正则振型.在弹性薄板传统动力学理论分析的基础上,考虑到实际气动式振动台复杂的激励载荷--9个不同位置处气锤产生的周期性激励信号,通过推导振动台面气锤安装位置(输入)与响应位置(输出)之间的传递函数,进一步研究了振动台面的强迫振动响应,通过有限元仿真和实验验证了理论分析的正确性,旨在为整个气动式振动台的性能改善及自主研发奠定理论基础.     

风力机齿轮箱弹性支撑设计与应用

本文介绍风力机齿轮箱弹性支撑的设计与应用,重点论述弹性支撑刚度的设计方法和固有频率的设计要求,期望能够对风力机齿轮箱弹性支撑的设计起到抛砖引玉的作用。     

风力机风轮低频振动特性的实验模态研究

利用国际上先进的PULSE16.1结构振动分析系统,对4个风力机风轮进行模态测试,发现风轮在挂机状态下,低频时存在轴向窜动效应和圆盘效应两种普遍存在的振动方式。振动发生时叶根处分别伴随着往复式和回转式剪切应力,影响到风力机的安全稳定运行和寿命。同时,利用挂机实验对比证明了通常采取的风轮通过夹具安装后在平面上进行模态实验的方法,对风轮振动特性的完整和准确获得均存在一定的影响。初探性分析,轴向窜动效应的产生因主要与塔架的弹性有关;圆盘效应的产生因主要与风轮的安装方式有关。本文相关研究成果有可能为很多风力机叶片在远短于设计寿命期频繁发生疲劳损伤事故的分析提供新的思路和理论支撑。     

Vibration Performance,Stability and Energy Transfer of Wind Turbine Tower via Pd Controller

In this paper, we studied the vibration performance, energy transfer and stability of the offshore wind turbine tower system under mixed excitations. The method of multiple scales is utilized to calculate the approximate solutions of wind turbine system. The proportional-derivative controller was applied for reducing the oscillations of the controlled system. Adding the controller to single degree of freedom system equation is responsible for energy transfers in offshore wind turbine tower system. The steady state solution of stability at worst resonance cases is studied and examined. The offshore wind turbine system behavior was studied numerically at its different parameters values. Furthermore, the response and numerical results were obtained and discussed. The stability is also analyzed using technique of phase plane and equations of frequency response. In addition, the numerical results and comparison between analytical and numerical solutions were obtained with MAPLE and MATLAB algorithms.     

失效风电塔架的设计分析

对一座失效风电塔架进行了静强度、动力学分析以及疲劳强度的设计分析,从而指出该风电塔架的失效是由于焊接结构中可能存在缺陷,同时指出风电塔架在疲劳设计中应考虑疲劳载荷的随机性和结构的缺口性。     

高耸格构式结构风振数值分析及风洞试验

以１８３ｍ高的某跨江输电铁塔为原型，设计制作了全塔气动弹性模型，对高耸格构式结构的风荷载及风振响应进行了风洞试验研究，获得了风振响应和风振系数等重要结果，并采用空间桁架模式，考虑风与结构耦合作用的影响，在频域中进行了随机风荷载作用下的风振响应数值计算机分析。     

基于等效风速的风机功率波动特性分析

自然界的风随机性强,风速和风向变化频繁。风机在实际运行中,经常因风的变化和控制策略问题引起风机频繁偏航、振动超限、故障停机等一系列工程问题。通过建立包含风剪切、塔影效应及偏航误差的等效风速模型,采用Matlab进行仿真分析,与风场实际运行数据进行对比,研究风机在等效风速下功率波动特性。结果表明,等效风速各分量对机组功率特性影响差异明显。可据此进行相关控制策略的优化设计以提高风机运行稳定性和风能利用率。     

Optimization Design of TMD for Vibration Suppression of Offshore Floating Wind Turbine

In order to suppress the responses of the large vibration displacements and loads of the offshore floating wind turbine under the harsh marine environment,an effect method for restraining vibration,putting tuned mass dampers( TMD) in the cabin of wind turbine,is proposed in this paper.A dynamics model for offshore floating wind turbine with a fore-aft TMD is established based on Lagrange equation; Parameter identification of the wind turbine is performed by the non-linear least squares Levenberg-Marquardt( LM) algorithm; Parameter optimization of the TMD is researched when considering the standard deviation of the tower top longitudinal displacements as the objective function.Aiming at five typical combined wind and wave load cases under normal running state of the wind turbine,the dynamic responses of the wind turbine with / without TMD are simulated and the suppression effect of the TMD is investigated.The results show that:there exists the optimum TMD mass ratio1.8% when the damped free vibration of the wind turbine,and the standard deviation of the tower top longitudinal displacements is decreased 60% in 100 seconds by the optimized TMD.The standard deviation suppression rates of the longitudinal displacements and loads about the tower and blades increase with the increasing TMD mass ratio when the wind turbine vibration under the combined wind and wave load cases,and when the mass ratio changes from 0.5% to 2%,the maximum suppression rates are from 20% to 50%,which effectively reduce the vibration responses of the wind turbine.The research results of this paper preliminarily verify the feasibilities of using TMD for restraining vibration of the offshore floating wind turbine.     

风力发电机偏航驱动器振动优化方法

针对某2 MW直驱型风力发电机偏航驱动器在特定工况下运行时的振动问题,基于多体动力学理论建立偏航驱动器传动系统的多体耦合仿真模型,并计算偏航驱动器高速轴在特定工况下运行时的振动响应;根据偏航驱动器传动链在动平衡条件下的多体系统模态参数,对高速级齿轮副参数进行修正以调节激励频率范围,从而精确规避传动链在特定工况下的潜在共振风险,使传动链振动响应能够被有效控制。研究结论对优化偏航驱动器的振动特性研究有指导意义。     

基于ARM的风电齿轮箱振动监测系统设计

提出一种基于ARM的风电机组齿轮箱振动监测系统,采用ARM微控制器为核心器件,通过对外围设备的控制,完成模拟信号的AD采样、数据传输、数据显示以及数据存储管理等功能,能够实现对风电机组齿轮箱系统进行状态预测,提前预知齿轮箱设备故障,减少故障停机所造成的经济损失。