基础环式风机基础动态偏移量的影响因素研究

以基础环式风机基础为研究对象,建立一种基于位移传感器的监测系统,对健康及亚健康风机基础进行动态位移监测,以风机基础动态偏移量为风机基础损伤的量化指标,分析影响风机基础动态偏移量大小的具体因素。监测结果表明,在风力发电机正常运行阶段,风机基础动态偏移量的大小与风速和轮毂转速呈多项式函数关系。     

Analysis of the stresses and displacements for a composites interference fit multi-rim flywheel

储能飞轮由轮毂和多环复合材料轮缘组成,飞轮旋转时轮毂和轮缘既受到离心力作用,同时又受到内外界面压力的作用,且不同转速下界面压力不断变化,使得分析计算由静止到最大工作转速的不同工况,以及飞轮上不同径向位置的应力非常复杂。本工作在平面应力下分别推导了各向异性材料轮缘在离心力作用下和受内外压力作用下的应力和位移解析式,进而采用叠加原理可计算飞轮在不同转速工况、径向不同位置的应力和位移,简化了应力和位移求解过程,可用于飞轮环间过盈量的确定、强度校核和极限转速计算等设计与分析。应用这种方法对一个实际飞轮进行了分析,并绘制了应力和位移曲线。     

基于CDP本构的风力发电机基础损伤研究

在风致荷载往复作用下,风力发电机基础产生的疲劳损伤破坏不容忽视,因此文章建立了风力机"地基-基础-塔架-叶片"的一体化耦联模型。该模型基于混凝土塑性损伤本构,研究了风致荷载作用对基础损伤分布的影响,随着风致荷载的增加,揭示了基础不同部位损伤演化发展的过程。在不同风致荷载比作用下,其对风力机基础损伤的分布区域及特征位置影响不同,靠近基础钢环两侧的混凝土损伤较严重,且随着风载的施加,该区域混凝土开裂较早,是基础结构的薄弱部位,运行期须要重点关注该区域损伤破坏的发展情况。可通过加强钢环内外侧配筋或改善钢环体型来满足风力机安全稳定运行的要求。     

水平轴风力机轮毂强度和疲劳寿命分析方法研究

针对水平轴风力机轮毂复杂的几何外形、载荷与边界条件,研究其强度和疲劳寿命数值分析方法。应用结构分析软件ANSYS并结合疲劳分析软件FE-safe对风力机轮毂进行强度和多轴疲劳寿命分析。研究了风力机轮毂结构强度数值分析中的一些关键技术问题,如网格划分、载荷施加、边界约束条件的处理及分析技巧等;利用叶片根部极限载荷对轮毂进行强度校核,得出轮毂极限载荷下的应力分布。基于风力机叶片根部随机载荷谱和线性累积损伤方法,研究了轮毂多轴疲劳特性及疲劳寿命分析方法;研究了轮毂材料的S-N曲线定义和各工况下随机载荷谱的分析处理方法。算例表明:本文的工作为水平轴风力机轮毂强度、刚度及多轴疲劳寿命分析等提供了实用的分析方法。     

RESEARCH ON ANALYSIS APPROACH OF STRENGTH AND FATIGUE LIFE OF HORIZONTAL AXIS WIND TURBINE HUB

针对水平轴风力机轮毂复杂的几何外形、载荷与边界条件,研究其强度和疲劳寿命数值分析方法.应用结构分析软件ANSYS并结合疲劳分析软件FE-safe对风力机轮毂进行强度和多轴疲劳寿命分析.研究了风力机轮毂结构强度数值分析中的一些关键技术问题,如网格划分、载荷施加、边界约束条件的处理及分析技巧等;利用叶片根部极限载荷对轮毂进行强度校核,得出轮毂极限载荷下的应力分布.基于风力机叶片根部随机载荷谱和线性累积损伤方法,研究了轮毂多轴疲劳特性及疲劳寿命分析方法;研究了轮毂材料的S-N曲线定义和各工况下随机载荷谱的分析处理方法.算例表明:本文的工作为水平轴风力机轮毂强度、刚度及多轴疲劳寿命分析等提供了实用的分析方法.     

风力发电塔预埋塔筒基础健康监测

以风力发电塔预埋塔筒基础为研究对象,建立一种基于振弦式应变计的长期监测系统,对风力机基础从养护到运行期间进行监测,对基础缺陷的出现和演化进行量化分析。监测结果表明,在基础养护期间基础环底法兰两侧混凝土出现裂缝,风力机运行期间外侧裂缝宽度随着外荷载的变化而变化;基础环底法兰上下两侧混凝土在监测期间处于正常状态,混凝土压应变分布和波动规律受到风速和风向的影响;风力机基础健康监测系统能正常运行,实现了预期设计的功能,长期监测数据可识别损伤信息,为风力机基础的维护和管理提供依据和指导。     

随机风场作用下海上风力机基础结构疲劳分析

运用FAST分别建立海上风力机半整体模型与整体耦合模型,计算得到脉动风速时程作用下塔筒顶部位置的风力机荷载。首先采用SACS建立包括塔筒和基础结构的海上风力机简化有限元模型,分别施加基于半整体和整体耦合模型得到的风力机荷载时程,开展支撑结构动力响应计算;再采用海上风力机规范建议的热点应力公式确定基础结构管节点的热点应力时程,采用P-M线性累积准则完成海上风力机基础结构疲劳分析。基于半整体模型与整体耦合模型的疲劳损伤对比得出,有必要采用整体耦合模型开展海上风力机基础结构疲劳校核。     

海上风力机基础结构疲劳损伤研究

考虑风向、波向概率分布,将结构疲劳荷载根据实际环境作用方向施加至风力机结构上,基于确定性方法计算风力机荷载引起的疲劳损伤效应,基于波谱计算波浪荷载引起的疲劳损伤效应,进而得到风力机结构的总体疲劳损伤程度。通过与单方向输入环境疲劳荷载得到的基础结构疲劳损伤效应进行对比,可证明荷载全方位输入下的疲劳损伤分析的合理性。     

初始偏差对风机基础最大位移的影响规律北大核心CSCD

风机基础损伤会严重影响风电机组的安全稳定运行,因此风机基础损伤监测方法成为了研究热点。由于风机基础初始偏差的影响,在主风方向上安装监测设备可能得不到风机基础最大位移,在基础周围安装较多监测设备又会导致成本增加。文章采用ANSYS建立某风机基础有限元模型,研究初始偏差对风机基础最大位移的影响规律。研究结果表明:随着初始偏差方向与主风向夹角的增大,基础最大位移方向与主风向的夹角先增大后减小;当初始偏差相同时,基础最大位移随着初始偏差方向与主风向夹角的增大而逐渐减小。根据初始偏差对基础最大位移的影响规律,文章提出了一种风机基础损伤监测方法,通过在基础环上法兰最大位移处安装滑动的倾角传感器,可实时监测风机基础最大倾角。     

基于非线性接触的风电基础数值模拟

运用通用有限元分析软件ANSYS程序,对风力机基础的简化模型试验进行基于面面接触的非线性有限元模拟与分析,并对其内部钢板表面的应变分布以及钢-混凝土的滑移粘结等性能进行研究,建议基础环的锚固长度为700 mm。根据简化试验模型的非线性接触模型参数,建立足尺风力机基础有限元模型,研究风电基础在极端工况下的混凝土、基础钢环及钢筋的应力应变分布。计算结果表明,该实际风力机基础在极端工况下尽管出现了局部混凝土受拉破坏,但由于钢筋的参与抑制了裂缝的开展,整体结构受力良好,完全能保证上部结构的正常运行。     

不同海况下近海超大型风力机动力学响应及结构损伤分析

以超大型DTU 10 MW单桩式近海风力机为研究对象,通过p-y曲线和非线性弹簧建立桩-土耦合模型,选取Kaimal风谱模型建立湍流风场,基于P-M谱定义不同频率波浪分布,并利用辐射/绕射理论计算波浪载荷,采用有限元方法对不同海况下单桩式风力机进行动力学响应、疲劳及屈曲分析。结果表明：不同海况波浪载荷作用下塔顶位移响应及等效应力峰值远小于风及风浪联合作用,其中风浪联合作用下风力机塔顶位移响应及等效应力略小于风载荷;波浪载荷对风载荷引起的单桩式风力机动力学响应具有一定抑制作用,此外相较于波浪载荷,风载荷为控制载荷;风载荷与风浪联合作用下风力机等效应力峰值位于塔顶与机舱连接处,波浪载荷风力机等效应力峰值位于支撑结构与桩基连接处;仅以风载荷预估风力机塔架疲劳寿命将导致预估不足;随着波浪载荷的增大,风力机失稳风险加大,波浪载荷不可忽略;不同海况下,风浪联合作用局部屈曲区域位于塔架中下端,在风力机抗风浪设计时,应重点关注此处;变桨效应可大幅降低风力机动力学响应、疲劳损伤及发生屈曲的风险。     

考虑风速风向联合概率分布的风电塔筒结构风致疲劳寿命评估

针对风向对风力机塔筒疲劳产生影响的问题,基于实测数据对考虑风速风向联合概率分布的风电塔筒结构的风致疲劳寿命展开研究。首先结合甘肃安西地区37 a的实测风速风向数据,给出风速风向联合概率分布。然后利用主S-N曲线法分别对不同风向和不同风速下风力机塔架结构法兰及门洞区域的响应规律进行分析。最后考虑风速风向联合概率分布,对风电塔筒结构风致疲劳寿命展开研究。结果表明：门洞朝向与风轮朝向的夹角变化和风速的改变均对风电塔筒的风致疲劳寿命有一定影响,其中门洞朝向与风轮朝向夹角为225°时疲劳寿命最长,风速为10~14 m/s时疲劳寿命变化幅度最大;考虑风速风向联合概率分布能更准确地计算风力机结构的风致疲劳寿命,且以此为依据对门洞朝向进行调整可延长其疲劳寿命,因此建议对风电塔架进行设计时,应考虑风电场所在地区的风速风向联合概率分布。     

基于油液光谱监测的风电机组齿轮箱磨损状态的研究

风电机组齿轮箱的磨损微粒主要是铁颗粒,铁颗粒含量的增长趋势能直接反映出风电机组齿轮箱的磨损状态。以Spectro油液光谱分析仪监测风电机组齿轮箱在用齿轮油中的铁元素含量,通过一段时间内铁元素的增加量和风电机组可利用小时数,可计算得到单位可利用小时数下的铁元素增加量ΔQ_Fe;引入可靠性理论研究了ΔQ_Fe的分布规律,并以风电机组齿轮箱在用齿轮油的监测数据为依据,建立基于ΔQ_Fe的齿轮箱磨损阈值模型。在大样本数据的基础上建立的磨损阈值模型能够更准确地分析风电机组齿轮箱的磨损状态趋势,可为风电机组齿轮箱磨损状态评估提供参考依据。     

考虑阻尼比的Spar式浮式风力机基础结构涡激运动特性研究

利用数值模拟方法对不同阻尼比条件下Spar式浮式风力机基础结构进行涡激运动特性的研究.从涡激运动响应幅值、频率比、位移、升力及拖曳力等方面研究Spar式浮式风力基础结构涡激运动的关键特性.研究表明:涡激运动上端分支对应的频率比为fy/fn≈1,且该分支出现最大幅值.随着阻尼比的增大,上端分支约化速度范围有减小趋势.低阻...     

低风速风力发电机轮毂强度与疲劳寿命分析

利用ANSYS有限元软件,对正常运行工况和危险工况下的低风速风力发电机轮毂进行了有限元分析,得到了轮毂的应力分布状况。利用ANSYS的Fatigue模块对轮毂进行了疲劳寿命计算,并进行了强度校核,危险工况下的应力分析表明,轮毂满足强度的要求,安全系数为2.1,轮毂的疲劳寿命为8.8 a。     

Description of an HAWT hub enabling teetering about two out-of-plane axes with modeling showing significant reductions in cyclic behavior and fatigue due to turbulence and wind shear

A three-bladed, dual-axis teetering hub (3T) has been developed and compared to a three-bladed rigid hub (3R) using computer modeling. Both hubs were fitted to a hypothetical 5-MW offshore wind turbine mounted on an offshore floating platform. Cyclic analysis showed the 3T hub significantly reduced the impact of wind shear on the blades and virtually eliminated the impact of both turbulence and wind shear on the main shaft bearing and yaw bearing. Lifetime fatigue studies for the two hubs were performed using a rainflow-counting program at various levels of turbulence and wind shear. Studies showed the significant reductions in cyclic variation provided by the 3T hub resulted in significant reductions in lifetime fatigue in comparison to the 3R hub. Simulations with the 3T hub showed an increase in turbulence caused a very small increase in blade fatigue but no increase in fatigue for the main shaft bearing and yaw bearing. In contrast, fatigue studies with the 3R hub showed an increase in turbulence caused significant damage to the blades and a combined increase in turbulence and wind shear caused extremely significant damage to the blades. This paper introduces a recently patented hub design that is superior to the ball-and-socket design described in a prior paper by this author.     

Do we really need rotor equivalent wind speed?

The use of the rotor equivalent wind speed for determination of power curves and annual energy production for wind turbines is advocated in the second edition of the IEC 61400‐12‐1 standard. This requires the measurements of wind speeds at different heights, for which remote sensing equipment is recommended in addition to meteorological masts. In this paper, we present a theoretical analysis that shows that the relevance of the rotor equivalent wind speed method depends on turbine dimensions and wind shear regime. For situations where the ratio of rotor diameter and hub height is smaller than 1.8, the rotor equivalent wind speed method is not needed if the wind shear coefficient at the location of the wind turbine has a constant value between ?0.05 and 0.4: in these cases, the rotor equivalent wind speed and the wind speed at hub height are within 1%. For complex terrains with high wind shear deviations are larger. The effect of non‐constant wind shear exponent, ie, different wind shear coefficients for lower and upper half of the rotor swept area especially at offshore conditions is limited to also about 1%.     

压弯荷载下单桩基础灌浆连接段性能分析

  目的  海上风机中,上部风电机组和钢管桩基础的连接是通过灌浆连接段来实现的。近年来,风力发电机的功率越来越大,对灌浆连接段的受力性能提出了更高的要求。  方法  采用数值分析方法,分析了压-弯作用下固定轴压比时灌浆连接段结构参数对受力性能的影响。从灌浆厚度t_g、剪力键高距比h/s以及灌浆连接段长径比L/D_p三个重要参数出发,分析了灌浆连接段荷载位移曲线的变化、灌浆连接段端部接触压力分布的变化以及灌浆连接段应力状态。  结果  数值分析结果表明:灌浆连接段的三个尺寸参数t_g,h/s和L/D_p 的变化均会对其力学性能产生影响。  结论  通过对灌浆连接段各结构参数进行分析,对保证其正常工作具有重要意义,同时可以指导设计工作。     

基于塑性损伤模型的某低强风电机组基础加固方案优化设计

针对风电机组基础加固缺少精确理论分析的问题,以某风场项目为例,通过ABAQUS三维有限元分析软件,采用塑性损伤模型模拟不同方案的加固效果,以期为实际风电机组基础加固设计提供理论支撑.通过对比分析不同尺寸环梁加固后基础的最大应力、损伤程度以及钢筋应力的变化,结果表明:增加环梁高度能有效提高基础结构承载力,增加环梁宽度能在...