基于流固耦合的风力机叶片疲劳破坏分析

流固耦合条件下风力机的叶片应力分析对大型风力机的疲劳破坏分析具有重要意义。本文以1.5 MW风力机叶片作为研究对象,基于计算流体力学(CFD)和Ansys Workbench仿真分析开展风力机叶片气动力性能的流固耦合分析,以风力机叶片空气动力载荷、旋转惯性载荷作为主要载荷与结构变形的流固耦合交界面的载荷数据传递问题。结果表明,从弦长最大处到靠近叶尖1/3位置处,叶片后缘处应力呈增长趋势,在靠近叶根处出现应力集中现象,最大应力达到了5.6 MPa,容易出现裂纹损伤,与风力机现实运行中出现的断裂部位接近。证明本文所采用的分析方法的合理性。     

基于不同风速的湍流风模型下叶轮载荷分析

针对风机叶轮过载失效的情况,计算风机叶轮的载荷.利用三维软件建立叶轮三维模型,详细介绍三维湍流风模型的建立过程,仿真得到3种不同风速的湍流风模型下叶轮所受载荷,并对其进行分析,为风力发电机组主要零部件的优化设计提供参考.     

大型风力机动态载荷控制方法研究

随着风电机组单机容量的增大,部件的结构尺寸及柔性也显著增加,这使得机组在运行过程中所受的动态载荷越来越复杂。为了保证机组运行的稳定性,通过控制策略减小机组动态载荷已成为风力发电领域的一个研究热点问题。研究了风力机线性化模型的建立,针对1.5 MW风力机建立了五状态量空间控制仿真模型,通过控制叶片桨距角和发电机扭距减小机组运行过程中所受的动态载荷。并与传统的PI控制载荷计算结果比较,显示了现代控制算法在降低载荷上的优越性。     

大型风能发电机组叶片载荷谱计算与分析

将750 kW大型风力机叶片工作时测得的数据导人数学分析软件,在不同运行状态下对风力机叶片各个方向的受力和扭矩变化规律进行分析,得到直观的载荷变化图谱,对掌握风力机叶片各个方向的受力和扭矩变化情况,以及风力机叶片结构的改进和材料的选择有所帮助.     

基于CFD的垂直轴式风力机关键技术研究

在垂直轴风力机结构设计的基础之上,采用CFD技术对其流场及气动性能作了深入分析。根据分析结果来研究叶尖速比、叶片翼型、叶片安装角度等因素对风力机气动性能的影响,得出了翼型在叶尖速比λ=2、风速约为12 m/s时,风力机风能利用率最大,从而为风机叶轮优化设计提供了参考。     

风力发电机叶片气动性能数值模拟

利用FLUENT软件对750 kW风机叶片在额定风速和12个非额定风速工况下进行气动性能的数值模拟计算,计算叶轮的受力、扭转力矩、输出轴功率和风能利用效率等性能参数;绘制功率曲线图,并和风机叶片实测功率曲线进行比较,验证了风力机气动性能数值模拟的可靠性以及叶片建模的合理性.观察叶轮表面的压强分布、流速分布、湍流强度、流速矢量等流态图,对风力发电机叶片的数值模拟计算结果进行分析,可进一步验证所设计的风力发电机叶片气动性能的优劣,为风力机叶片的设计、改型和研发工作提供技术参数和指导.     

风力发电机叶片的流固耦合分析

应用流固耦合方法对750kW水平轴风力发电机叶片在特定风场下进行数值模拟仿真。根据选定的K-ε湍流模型,并将风作为黏性不可压缩流体来处理,计算出流固耦合作用下叶片的应变分布情况。对结果进行分析,得出风力发电机叶片的受力分布形态和规律,为进一步的疲劳寿命、断裂分析和风机叶片的结构优化设计提供依据和参考。     

叶片质量不平衡对基础环式风机基础服役性能影响研究

风力发电机叶片长期暴露于恶劣的高空环境，极易产生质量不平衡故障，对风力机的稳定可靠运行影响极大。传统的叶片质量不平衡研究主要集中于对风力发电机组功率和塔筒的分析。基础环式基础广泛应用于风力发电机，在循环荷载作用下易发生损伤破坏。因此，基于叶素动量等理论建立考虑叶片质量不平衡故障的基础环式风机基础服役性能评估模型，模型利用解析方法计算质量失衡叶片对基础造成的附加荷载，结合平衡条件和连续性条件，选用大型有限元软件ABAQUS模拟分析叶片质量不平衡故障对风力机基础应力、疲劳寿命以及侧壁混凝土裂缝发展规律的影响。结果发现：质量失衡叶片在水平方向对风力机基础疲劳寿命的影响最大，叶片质量失衡故障会加快基础混凝土损伤过程，增加基础环的水平度，进而降低风力机基础整体服役的可靠性。此外，建议风力机发生较小叶片质量失衡损伤时通过降低转速维持风力机运行，并定期监测叶片质量失衡比。     

风力机叶片优化设计方法的研究

基于叶素动量理论,以各叶素的风能利用系数最大为优化目标,利用MATLAB优化工具箱对200 kW水平轴风力机叶片进行编程并求解。并借助MATLAB中的polyfit函数分别采用三阶和五阶多项式对叶片弦长和安装角进行拟合,得出整个叶片的气动外形。进行了气动性能及载荷计算,得出各叶素剖面上的空气动力载荷。取叶片上一微段,利用ANSYS的参数化建模及优化功能对叶片蒙皮、主梁和腹板的厚度进行优化设计,使叶片在满足强度要求的条件下质量最轻。结果表明:优化后质量较原来有所减少,降低了成本,为进一步研究提供了参考。     

QT400-18U铸造风力机轮毂疲劳分析

基于兆瓦级风力机轮毂有限元分析模型,对球墨铸铁QT400-18U铸造件风力机轮毂进行了疲劳损伤研究.利用风力机大型设计软件BLADE计算得到轮毂疲劳单位载荷及疲劳载荷谱;采用MSC.Marc/Mentat软件分析了风力发电机轮毂的疲劳应力;提出将修正的雨流计数法处理载荷谱与Palmgren-Miner线性累积损伤理论相结合的轮毂疲劳损伤计算的新方法,并依据德国劳埃德船级社规范,对轮毂S-N曲线进行了修正.结果表明,提出的方法可靠实用,基于有限元法疲劳分析可找到轮毂累积疲劳损伤最大点且为兆瓦级风机轮毂的合理设计与性能强化提供了科学依据,为轮毂的优化设计提供参考.     

出口角对离心泵内固液两相流动影响

采用欧拉多相流模型、标准k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,应用计算流体力学软件Fluent,对3台不同叶片出口安放角的离心泵内的固液两相湍流进行了数值模拟,分析了叶片出口安放角对泵内部固液两相流场的影响.计算结果表明:在叶轮流道内,固体颗粒的相对运动方向比液相更偏向叶片压力面,大叶片出口角叶轮内两相速度的夹角较大.通过对比不同叶轮内压力分布及固体颗粒体积浓度分布,得出以下结论:大出口安放角的叶轮压力面附近聚集了更多的颗粒,导致大量颗粒与叶片尾部的压力面相撞;叶片出口安放角增大使得叶轮出口压力增大.     

基于NMPC-PID的大型风力机独立变桨控制

大型风力机的不平衡载荷会使叶片断裂,造成事故从而减短其使用寿命。针对大型风力发电系统在高风速区的不平衡载荷问题,提出一种NMPC-PID的独立变桨载荷控制方法。非线性模型预测控制(NMPC)用于及时调整风机桨叶的桨距角,PID控制则用于消除塔架振动的影响。运用机制方法在仿真平台搭建风力发电系统模型,运用所提控制策略进行仿真实验,并在两种情况下与模型预测控制方法(MPC)进行对比,验证了所提控制策略的可行性与有效性。     

基于声发射传感器阵列的风机叶片结构健康监测方法

风机叶片结构健康监测是一个迫切需要解决的问题。通过分析各种风力机叶片的损伤检测方法,结合声发射技术特点,研究了基于声发射传感器阵列的风机叶片结构健康监测方法。其中,PZT压电陶瓷传感器阵列布设于受损率较高的叶片部位,对叶片按20%最大设计载荷的增量施加载荷,结合Kaiser效应和Felicity效应,分析采集到的声发射信号,统计声发射波击数,从而判断损伤发生的区域。该方法相比于其他检测技术具有灵敏度高、定位准确和实时性好的特点,在风机叶片结构健康监测研究领域具有较大的意义。     

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。     

新型缸动式液压机整机有限元分析

在商品化软件ANSYS中,建立了一种新型压力机整机的有限元模型,运用节点耦合的方法模拟滑动连接,随后分析计算了机架承受均布载荷及偏载时横梁和立柱的受力与变形。通过对有限元计算结果的分析,找出了原结构中的薄弱环节,给出了结构设计改进建议。     

滑阀阀道内流体流动的数值研究

本文针对滑阀阀道内的流体流动,采用湍流模型的Ｋ－ε两方程模型和有限容积数值方法。对其进行了数值分析,同时计算了流动区域内各节点上的压力Ｐ,速度ｖ,湍流脉动动能Ｋ和脉动能耗散率ε,对于阀道内的流动有了一个初步的了解,为滑阀内部的结构设计及各几何参数的确定提供了一定的参考依据。     

转速对风机叶片位移和应力的影响

以NREL 5MW风力机为研究对象,基于ANSYS Workbench平台建立风力机叶片流固耦合数值模型,研究风力机叶片位移、应力随转速的变化规律,并利用Fourier函数拟合不同转速下叶片最大位移和应力数据。结果表明：叶片的位移、应力响应均随转速增加,峰值左移,在相同时间内完成周期增多,峰值增大但增幅减小;随转速增加,位移呈现出从叶根向叶尖递增的分布,而叶片最大应力集中在中部和根部;叶片最大应力、位移随转速变化的曲线呈现S型,Fourier拟合曲线较好地反映了叶片响应规律。该研究结果为风力机安全运行提供了参考。     

风电机行星齿轮传动系统动态特性

采用集中质量方法建立了1.5 MW风电机行星齿轮传动模型,在外载荷作用下采用线性弹簧来模拟轮齿间啮合,推导了行星齿轮各轮副间运动微分方程及动载系数的计算方法。在此基础上,分析了各种不同风况外载荷对系统的影响。结果表明:对于稳态风载荷,在其由小变大的过程中,啮合频率也会增大且能量最大;系统主要影响因子由刚度激励变为载荷激励,动载荷成分也变得比较丰富,出现低频带及边带频。极限阵风强度改变时,载荷瞬时变化,引起动载荷及动载系数激增;极限阵风方向改变时,x、y方向啮合力存在相位角,三个行星轮的外啮合之间有相位差,系统动载荷比阵风载荷增长1倍,轮齿间承载负荷变大。     

风力发电机传动链连接螺栓强度分析

基于有限元法对某MW级风机主传动系统连接螺栓静强度和疲劳强度分析方法进行研究。将传动链系统的力学模型进行简化,建立传动链系统的有限元模型。根据GL规范对螺栓进行静强度和疲劳强度计算,充分考虑外载荷分量对螺栓受力影响的灵敏度差异性,并根据计算结果分析传动链连接螺栓受力特性及外载荷对螺栓强度计算的影响。研究结果对风电系统连接螺栓强度的精确计算提供了参考。     

风电机行星齿轮传动系统动态特性（英文）

采用集中质量方法建立了1.5 MW风电机行星齿轮传动模型,在外载荷作用下采用线性弹簧来模拟轮齿间啮合,推导了行星齿轮各轮副间运动微分方程及动载系数的计算方法。在此基础上,分析了各种不同风况外载荷对系统的影响。结果表明:对于稳态风载荷,在其由小变大的过程中,啮合频率也会增大且能量最大;系统主要影响因子由刚度激励变为载荷激励,动载荷成分也变得比较丰富,出现低频带及边带频。极限阵风强度改变时,载荷瞬时变化,引起动载荷及动载系数激增;极限阵风方向改变时,x、y方向啮合力存在相位角,三个行星轮的外啮合之间有相位差,系统动载荷比阵风载荷增长1倍,轮齿间承载负荷变大。