电压跌落对风力机塔架振动影响分析

为分析电网电压跌落对风力机塔架振动的影响,利用二节点梁对风力机塔架进行离散化建模,分析了塔架振动的模态。建立了塔架动力学运动方程,考虑风切变,分析了塔架所受的载荷。基于某风场某型1.5MW风机低电压穿越测试的数据,计算了塔架所受的载荷,并利用模态综合法求解塔架动力学方程,得到对称与不对称电压跌落风力机塔架的瞬态响应。结果表明,电压跌落会对塔架产生冲击效应,冲击的大小与机组工况,电压跌落形式,跌落幅值以及跌落时间相关。     

柔性支承下风力机齿轮传动系统非线性动力学分析

针对大型风力机塔架的柔性支承特性及其对风力机齿轮传动系统动态性能的影响,运用振动力学理论建立包含塔架刚度、时变啮合刚度、啮合阻尼和齿侧间隙等因素风力机齿轮传动系统的非线性动力学模型,基于4-5阶变步长龙格库塔对系统的无量纲非线性动力学进行求解,研究柔性支承下的风力机齿轮系统的振动特性。通过对目前国内1.5MW主流风力机齿轮系统进行实例分析,得到风力机在风载荷作用下塔架和风力机齿轮传动系统的二级平行轴斜齿轮传动系统的动力学特性。分析结果表明,在风载荷作用下,柔性支承下的风力机齿轮系统振动更加剧烈;竖直风力机塔架刚度减小,风力机齿轮相对扭转振动响应由倍周期分岔进入混沌运动。     

基于控制方法的风机塔架减振研究

为利用控制方法减小兆瓦级风机运行过程中塔架的振动量,对塔架结构动态特性和塔架激励源动态特性进行了分析研究。以某2 MW机组为例,进行了塔架振动情况评估。基于评估结果,设计了增加气动阻尼的塔架振动控制方法,并进一步设计了直接加阻的主动控制结构,结合振动过大时主动降功率运行手段,实现了塔架振动的控制器干预。在许继WRTS-800和PRDS-600仿真实验平台上进行了仿真验证和等效疲劳载荷计算;在实验风场进行了现场实验,并对实验数据进行了统计分析。研究结果表明,采用该方法,塔架等效疲劳载荷明显减小,主动控制减振效果明显。     

风力机塔架模态分析及应用

以某大型风力机塔架为例,对塔架进行了动力特性计算,利用ANSYS有限元软件完成建模和模态分析,分析中考虑了塔顶上方机舱总质量、塔底基础质量及塔架基础约束刚度的影响;计算结果表明塔架与叶轮不会发生共振,为塔架安全运营和进一步研究风力机塔架的结构动力学分析提供了依据.     

基于Comsol Multiphysics的海上风力机塔架模态分析

塔架是风力机的主要支撑装置,鉴于海上特殊的工作环境,塔架振动在所难免。以海上3MW风力机塔架为对象,应用有限元分析软件Comsol Multiphysics对其进行模态分析,除了考虑叶轮激励频率的影响外,还要研究波浪频率对塔架的影响,通过求解有限元特征方程,得到前六阶固有频率及振型,确定引起塔架与外部激励共振主要取决于塔架的低阶频率;摆振是风力机塔架的主要振动,造成塔架顶端振幅较大。通过进行模态分析,为塔架设计、安全运行和结构动力学分析提供更可靠的理论依据。     

风力机塔架瞬态响应分析

风力机累积装机容量增长,单机容量变大,使得风力机塔架瞬态响应更加突出。为分析风力机塔架的瞬态响应,利用二节点3D Timoshenko梁对塔架进行了有限元离散化建模,考虑塔架的剪切效应,重力钢化效应,分析了塔架振动的固有属性。建立了塔架动力学运动方程,分析了塔架所受的时变载荷。以某型1.5MW风力机的三种塔架(刚性、柔性、混合式)作为算例,分别计算了这三种塔架在阵风与电网电压发生跌落时所受的时变载荷,考虑了风轮的气动阻尼,利用模态叠加法与Newmark积分法求解塔架动力学方程得到塔架的瞬态响应。结果表明,阵风与电网电压跌落都会对塔架产生冲击效应,尤其是塔架前后方向,影响机组的稳定运行,其中混合式塔架的冲击位移最小。     

大型风力机塔架的模态与强度分析

针对大型风力机运行中塔架常见的倾斜、中间凸出、焊缝开裂等故障,利用ANSYS有限元分析软件和工程算法对其结构进行了动力特性、屈曲分析和焊缝的分析。通过塔架模态分析可以优化塔架设计,避免风机在正常工作时塔架与风轮发生共振;屈曲和焊缝分析能够保证塔架的刚度和强度满足极限工况的负荷要求,从而为塔架的结构设计提供最佳参数依据。     

Stewart平台的振动研究

采用线性化方法推导了预载情况下Stewart平台的刚度矩阵和阻尼矩阵 ,建立了Stewart平台的非比例阻尼自由振动方程 ,针对系统的非比例阻尼条件 ,采用复模态分析的方法求解了该方程。最后结合实例研究了Stewart平台结构参数和姿态对刚度的影响 ,并对Stewart平台的振动响应进行了分析     

高速加工车床主轴的动态特性分析与MATLAB仿真

求解机械系统模态参数是结构动力学分析的主要内容之一。本文利用有限元方法对车床弹性主轴进行单元划分,建立了弹性轴弯曲振动的质量矩阵与刚度矩阵。应用Matlab软件编制有限元结构动力学程序,对弹性轴动态特性进行数值计算与仿真,求得弯曲振动固有频率,绘制了模态振型图,分析了单元数与计算精度的关系,为机床系统动态设计与振动控制提供参考依据。     

风电机组耦合系统的模态分析

针对风电机组设计如何避免耦合共振的问题,采用拉格朗日方法,建立了风轮动力学方程和塔架耦合系统动力学方程,联立获得了风电耦合系统动力学方程,以市场成熟的1 500 k W变速变桨双馈机组为研究对象,解耦获得了系统模态参数。然后展开了现场实测工作,挑选云南某风电场1 500 k W机组,实测了风轮系统和塔架耦合系统模态数据,进行了数据分析,研究了风电系统整机运行稳定性。研究结果表明:理论模型及各子系统边界连接条件简化方式符合现场实际情况,最大偏差为8.6%,具有较高的精准性,该理论模型可为兆瓦级风电机组研发、设计和优化提供理论指导依据。     

变风速运行控制下风电传动系统的动态特性

基于齿轮系统动力学的方法对风电传动系统进行研究。运用基于自回归模型的线性滤波法(Auto-regressive,AR)建立的风速模型对实际风场的随机风速进行模拟;根据风力发电机在实际情况中的运行控制策略获得风力发电机齿轮传动系统的时变输入转矩激励;综合考虑风力发电机齿轮传动系统中各个齿轮副的时变啮合刚度、各个滚动轴承的刚度、各个轮齿综合啮合误差等内部激励,采用集中参数质量法建立风力发电机齿轮传动系统的耦合动力学模型;在此基础上建立风力发电机齿轮传动系统的动力学微分方程并进行仿真计算,分别求解风力发电机齿轮传动系统的固有频率、振动响应、动态啮合力和滚动轴承动态轴承力。研究结果为风力发电机传动系统的动态性能优化设计和可靠性设计奠定了基础。     

Output-only modal analysis of wind turbine tower based on vibration response under emergency stop

The identification technique of output-only modal parameters is proposed for the large wind turbine tower under emergency stop. Compared with the response of regular operating conditions, the immediate tower structural response under emergency stop much more resembles a state of free vibration, which is more appropriate for the modal identification of the wind turbine tower. The vibration response is measured in the nacelle, which is easy to perform in the field modal test. The variational mode decomposition (VMD) is applied to decompose the vibration response into several band-limited intrinsic mode functions. The free responses of decomposed functions are extracted by applying the random decrement technique (RDT). Finally, the modal damping ratio and natural frequency are identified from each free modal response by using the Hilbert transform method. Simulations and a 1.5 MW wind turbine field modal test results verify the effectiveness of the proposed identification method. The main modal parameters of wind turbine, including weak modes, are effectively extracted by using output-only vibration responses under emergency stop. The modal parameter identification method is provided for the large wind turbine structure under the engineering condition.     

动态气动载荷和构件振动对风力机气弹特性的影响分析

通过建立气弹耦合分析模型,研究叶片、塔架等构件的耦合振动对叶根气弹载荷的影响以及在静、动态气动模型下的叶根和塔底气弹载荷的差异。采用"超级单元"模型,将叶片、塔架和主轴离散为通过转动铰和弹簧、阻尼器连接的刚体系统,以反映这类构件较大的弹性变形和非线性振动。在叶素动量理论(Blade element momentum,BEM)基础上,引入Beddoes-Lesihman动态失速模型,以反映气动载荷的动态特性。应用计算多体动力学理论和风力机气动模型,建立受约束的风力机系统气弹耦合方程。算例以某5 MW风力机为研究对象,通过施加不同的约束条件,研究风轮以外其他构件振动对叶根气弹载荷的影响;通过静、动态气动分析模型,考察叶根和塔底气弹载荷的动态耦合效应。分析表明,塔架、主轴等构件的运动会显著影响叶根的气弹载荷;叶片的动态失速特性也对叶根的气弹载荷和疲劳载荷谱有较明显的影响。研究工作对于保证风力机安全稳定运行和疲劳寿命设计有重要的作用。     

大兆瓦级风电齿轮箱耦合动态特性及结构噪声分析

风电齿轮箱是风电机组的重要组成部分,其动态性能的好坏直接影响整个机组的性能。建立了具有两级行星加一级平行轴齿轮传动的大兆瓦级风电齿轮箱齿轮-传动轴-轴承-箱体系统耦合非线性动力学有限元模型,采用Lanczos法对齿轮箱系统进行耦合模态分析。在综合考虑直斜齿轮时变啮合刚度、齿轮误差及齿轮啮合冲击等内部激励因素综合作用影响下,运用直接积分法对整个风电齿轮箱系统进行了动态响应求解,从而获得齿轮箱各点的振动位移、速度及加速度动态评价指标,并且对系统结构噪声进行了分析。研究结果可为大兆瓦级风电齿轮箱的动态性能优化提供参考。     

长度分形的风力机叶片在线检测与故障诊断

应用有限元分析方法,建立300w小型风力发电机组的动力学模型,通过模态分析及动力学仿真,提取风力机叶片的固有频率、振型及动力响应.应用非线性动力系统长度分形维理论,计算叶片正常运行和故障运行的动态特性数据及其长度分形维数,并作为叶片在线检测与故障识别的特征量.     

风力发电机在地震-风力作用下的载荷计算

为了对风力发电机在地震一风力作用下的受力情况进行仿真计算,采用多柔体系统动力学理论建立了风力发电机结构动力学分析模型,并在FORTRAN下编程实现;采用动态入流理论进行气动载荷计算,用Eurocode8生成地震谱。以某企业开发的大型风力机为对象,应用该方法,首先进行了模态分析和地震载荷谱计算,同权威计算软件GHBladed计算结果的比较表明,建立的计算模型正确可行;然后,对该风力机在地震一风力联合作用下的载荷进行了计算,结果显示,此时风力机所受载荷比正常情况下高出许多。     

海上风力机塔架在风波联合作用下的动力响应数值分析

分析海上风力机塔架复杂的外界载荷工况,研究海上风力机圆筒形塔架在随机风载荷和波浪载荷作用下的动力响应数值分析方法。研究作用在圆筒形塔架上的气动力特别是非定常气动力与雷诺数的关系;应用线性波理论来仿真非规则的海浪,分析作用在圆筒形塔架上的波浪载荷,通过坐标变换,将二维线性波理论扩展为三维线性波理论,相应地,将平面的莫里森(MORISON)波浪力系发展成空间力系,建立波浪力的分析计算模型,以适应三维空间的分析和计算;编制非规则线性波浪力分析程序。用有限元数值分析方法,将圆筒形塔架用空间梁单元建模,求解塔架在风波联合作用下的位移、速度、加速度以及应力响应等。针对一台1.5 MW海上风力机塔架动力响应分析的算例表明：为整个海上风力机系统气动弹性分析、风力机塔架振动分析和疲劳寿命分析等提供实用的分析方法。     

叶片安装误差引起的不平衡质量对风力机塔架振动的影响

利用ANSYS建立了塔架的柔性体模型,并对其进行了模态分析,同时在考虑叶片安装误差引起的不平衡质量的基础上,利用ADAMS建立了把塔架作为柔性体的风力发电机系统的柔性体模型,研究了风速变化和变桨引起的风力发电机塔架上方各部件重心的变化对塔架振动的影响,得到了基于上述因素综合作用下的振动分析和动载荷分析结果,为塔架的优化设计提供了更准确的依据.