叶片覆冰对抗冰冻机组载荷特性的影响

风电机组运行在低温、高湿的环境中,叶片往往会出现结冰现象.叶片覆冰后改变了叶片原有翼型形状且影响叶片的固有频率,进而影响风电机组的载荷特性.抗冰冻机组从安全性设计角度考虑低温环境下叶片覆冰对风电机组载荷的影响.以某2MW陆上抗冰冻机组为研究对象,采用GH Bladed软件建立风电机组模型,结合特定环境条件考虑均匀覆冰、不均匀覆冰以及低温环境中不同空气密度对风电机组极限载荷的影响,统计风电机组关键部件中叶片、轮毂、塔架上的载荷,分析叶片覆冰前后风电机组关键部件极限载荷变化情况,为抗冰冻机组的设计优化提供参考.     

600kW风力机塔架结构参数粒子群优化设计

探讨了一种风力发电机塔架结构参数优化设计方法。采用有限元方法对风力发电机塔架进行模态分析，得出了不同结构参数下塔架的固有频率；采用支持向量机建模方法，建立了塔架结构参数与固有频率之间的快速计算模型；引入粒子群优化方法优化了塔架结构参数。将该优化方法与正交优化和混沌优化的结果进行比较，表明了粒子群优化的优越性，并采用有限元方法对所建塔架结构进行了强度校核。     

大型风力发电机组塔架的静强度及模态分析

利用ANSYS有限元软件建立了大型风力发电机组塔架的有限元分析模型,分别进行了塔架的静强度和模态分析,计算出了塔架的固有频率和模态振型以及塔架在极限载荷下的应力和塔顶的位移。结果表明:该塔架结构满足强度要求,且风力发电机组在运行过程中不会与塔架发生共振,从而为今后塔架进一步的优化分析设计提供依据。     

风电机组塔门结构强度分析

塔架是风电机组中最为重要的承载部件,为验证塔门部位结构的合理性,采用有限元软件Hyper Mesh对塔门部位实体模型进行规则的网格划分,并对其进行强度分析。分析结果表明,在各极限载荷工况下,塔门部位的最大应力值均小于材料的许用应力,能够达到最初的设计要求。同时分析也为开发相关系列产品提供了可靠数据。     

大型风电机组塔架门洞结构强度分析与优化

塔架是大型风电机组的重要组成部分．塔架门洞区域是最容易出现破坏的位置之一。通过对某1500kW风电机组塔架门洞区域的仿真分析,考虑了正常发电状态和基本等待状态两种不同工况下的门洞结构强度,重点分析了塔架所受的风压载荷对门洞的影响;同时对门洞区域进行了必要的屈曲稳定性计算,得到了屈曲稳定系数。根据计算结果,在满足设计、制造的安全性和合理性前提下,对门洞结构进行了优化,改善了门洞的应力分布,并在制造过程中节省了大量材料。     

风电机组基础环结构优化研究

基础环是连接风电机组塔架与基础之间的核心部件,在其加强筋孔位置易出现应力集中现象,造成局部应力较大,文中基于ANSYS和Optistruct采用自由形状优化的方法,对某型号基础环的加强筋孔型进行改进设计,优化分析结果显示,加强筋孔处的应力水平降低8.7%,结构优化效果显著,研究结论可以为基础环的设计提供一定的参考。     

大型风力机塔架结构优化设计

塔架作为风力发电机组的主要承载部件,其性能直接影响风力机的使用寿命与安全,因此对塔架结构进行优化设计尤为重要.以2 MW风力发电机组塔架为研究对象,以塔架质量为优化目标,固频、应力、高度等为约束条件,直径、壁厚和节长为控制变量,通过仿真对塔架进行结构优化,并通过解析求解对仿真进行校核.结果表明,优化设计的塔架不仅减轻了塔架重量4.21％,同时提高了固有频率,避开了共振区间;仿真法与解析法结果对比,应力最大位置一致,解析应力比仿真小22.3％,解析模态一阶模态比仿真大18％,仿真具有一定的可信度;该优化方法具有一定的实用性和工程应用价值,适合推广应用.     

风电机组塔筒载荷的测试与分析

以风电机组塔筒为研究对象,对风电机组塔筒载荷特性及计算方法进行分析研究。在介绍塔筒载荷测试主要参数及方法的基础上,采用应变测试方法,对一台1.5 MW风电机组塔筒在启动、运行、正常停机等多种工况及不同平均风速下进行载荷测试,得到了塔筒根部弯矩、转矩及1阶固有频率,并与仿真计算结果进行了对比。结果表明,实测结果与仿真结果接近,仿真模型可用于机组载荷计算和动态性能分析。     

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。     

兆瓦级风电机组抗台风塔架设计的初步研究

根据某风电场台风的特点确定风机设计等级,在此基础上通过对塔架基本尺寸的预假设并建立基本物理模型,基于有限元法并根据风电设备的设计规范对抗台风风力发电机组塔架的主体塔筒进行了初步分析,主要包括塔架的低级频率和极限强度计算。通过对该风电机组初步设计中的塔架的基本设计工作初步确定该的塔架的固有频率和极限强度均满足风电机组的设计规范要求。然而建议在对抗台风风力发电机组塔架详细设计阶段必须进行进一步优化设计在强调足够的情况下减小尺寸,降低制造和运输成本。     

Frequency analysis of a tower-cable coupled system

This study considers the prediction of natural frequency to avoid resonance in a wind turbine tower-cable coupled system. An analytical model based on the Rayleigh-Ritz method is proposed to predict the resonance frequency of a wind turbine tower structure supported by four guy cables. To verify the validity of the analytical model, a small tower-cable model is manufactured and tested. The frequency and mode data of the tower model are obtained by modal testing and finite element analysis. The validity of the proposed method is verified through the comparison of the frequency analysis results. Finally, using a parametric study with the analytical model, we identified how the cable tension and cable angle affect the resonance frequency of the wind turbine tower structure. From the analysis results, the tension limit and optimal angle of the cable are identified.     

基于MW级风力发电机塔架的有限元分析

讨论了MW级风力机塔架的有限元静力及稳定性建模分析和有限单元类型的选取及计算方法,并以1.5MW某风力发电机塔架为例,对风力发电机塔架结构进行了静力分析和稳定性分析.得出塔的截面按照变截面来进行设计是合理的,分段式塔架是一种合理的结构,各段塔架所受应力不等;塔架稳定性取决于其一阶屈曲临界载荷,荷载作用下塔架的应力最大处并不一定就是其屈曲薄弱点,而应力较大且挠度较大的薄壁部位,是发生屈曲失稳的危险点.     

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.     

风力发电机组塔筒的横向振动分析

结合有限元方法和工程计算对风力发电机组塔筒的横向振动进行分析.通过塔筒固有频率和风振频率的对比,判断塔筒容易发生共振的区域.给出并分析塔筒发生横向振动时塔顶最大位移、惯性力和特征弯矩的简化计算方法,并给出算例.计算了塔筒发生横向振动时的疲劳损伤.结果表明塔筒底部容易因横向振动而发生共振.     

基于LHS冷却塔敏感性分析及频率估算

现有冷却塔结构自振频率主要基于有限元分析手段,缺乏简单有效的冷却塔自振频率估算公式。为解决该问题,以国内某179m高的大型冷却塔为基准塔,首先,通过改变结构典型参数(塔高、喉部高度、喉部直径、进风口高度和支柱截面积)获得基准塔的38个模型并进行动力特性分析,同时提炼出基频和倾覆频率随结构参数的变化规律;然后,用扰动法和拉丁超立方抽样(Latin hypercube sampling,简称LHS)两种方法进行结构自振频率参数的敏感性分析,获取了不同阶数下各参数的敏感因子,在此基础上,创新性地拟合提出考虑敏感因子权重值的多参数基频和倾覆频率的实用估算公式;最后,验证自振频率估算公式的精度,选择课题组已有研究的冷却塔进行了误差分析。揭示结构参数对大型冷却塔自振频率的敏感性具有重要意义,可为冷却塔结构抗风抗震设计、动力特性优化设计等提供指导。     

基于有限元法的风力发电机塔架模态分析

针对某大型风力发电机组,通过ANSYS有限元软件对其建立有限元模型,对风力发电机塔架进行模态分析,确定其固有频率和振型,比较塔架的固有频率与风轮的工作频率或风轮3倍的工作频率之间的相对差,计算结果表明,塔架为刚性塔,不会与风轮产生共振,且弯曲振动为塔架的主要振动形式,为作进一步的动态分析提供了理论依据。     

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。     

大型风力发电机组锥筒式钢塔架非线性静强度分析

运用有限元分析软件ANSYS10.0对风力发电机锥筒式钢塔架进行非线性静强度分析,得到了额定发电、切出风速和极限风速工况下塔架的应力和位移,对三种工况下钢塔架的受力分析进行了比较,所得结论具有工程参考价值。     

A model for yawing dynamic optimization of a wind turbine structure

A novel design optimization model for placing frequencies of a wind turbine tower/nacelle/rotor structure in free yawing motion is developed and discussed. The main aim is to avoid large amplitudes caused by the yawing-induced vibrations in the case of horizontal-axis wind turbines or rotational motion of the blades about the tower axis in case of vertical-axis wind turbines. This can be a major cause of fatigue failure and might severely damage the whole tower/nacelle/rotor structure. The mathematical formulation considers a single pole tower configuration having thin-walled circular cross section with constant taper along the tower height. The nacelle/rotor combination is modeled as a rigid mass elastically supported at the top of the tower by the torsional spring of the yawing mechanism. Adequate scaling and non-dimensionalization of the various parameters and variables are given in order to make the model valid for a variety of wind turbine configurations and types of the material of construction. The resulting governing differential equation of motion is solved analytically by transforming it into a standard form of Bessel's equation, which leads to the necessary exact solutions for the frequencies and mode shapes. Several cases of study are examined for different values of the yawing stiffness and inertia parameters by considering both conditions of locked and unlocked yawing mechanism. Useful design charts are developed for placing the frequencies at their needed target values with no penalty of increasing the total structural weight of the system. In all, the developed model guarantees full separation of the system frequencies from the critical exciting yawing frequencies by proper choice of the optimization design parameters.