水平轴风力机筒型塔架动态响应分析

为获得水平轴风力机塔架在时变载荷作用下的动态响应,将塔架简化成悬臂梁,利用二结点梁单元进行离散化建模,分析了塔架弯曲振动固有动力特性。在建立塔架结构动力学运动方程、计算塔架所受时变载荷的基础上,运用线性加速度法和模态叠加原理对风力机塔架的动态响应进行计算,编制了相应的计算机程序。以某1.0MW风力机塔架为例,获得了风力机在湍流风运行条件下塔架在仿真时间内的位移、速度和加速度,并与"GHBladed"软件的计算结果进行了比较,表明计算模型是可行的。     

水平轴风力机桨叶计算模态分析

用有限元分析的方法对水平轴风力机的浆叶进行了计算模态分析和研究,通过对300W浆叶的模态计算分析结果与实验模态结果加以对比和验证,得到了在低阶条件下合理的浆叶模态计算模型,探讨了以有限元为基础的计算模态分析在选择不同的计算模型时对计算结果的影响,最后对600kw浆叶进行了模态计算,其结果与采用“Bladed for Windows”软件的计算结果作了比较,得到了满意的一致结果。     

水平轴风力机风轮结构特性综合剪裁

基于静态与动态测试技术,对水平轴风力机风轮的结构特性进行了综合剪裁。在静态结构特性方面,用单点加集中荷载所得数据来综合评定受分布荷载作用的风轮叶片的强度及变形特性。为风轮叶片强度设计提供有效的判据。在动态测试方面,应用ＤＡＳ动态信号分析与故障诊断系统,对水平轴风力机的风轮叶片进行了试验模态分析,通过测量风轮叶片的振动信号,得到了风轮叶片的各阶模态分布,为风力机总机的总体优化设计提供了可靠的依据。     

水平轴风力机塔架的频率和振型特性实验研究

为了研究风力机塔架的振动特性,文章利用动态信号采集分析系统,对水平轴风力机塔架进行了实验模态分析和运行模态分析测试,得到了塔架静止与振动两种工况下的固有频率与模态振型,分析了塔架的振动特性。通过对风力机振动信号的频谱分析发现,风速小于10 m/s时,只能激励起塔架挥舞方向与摆振方向的二阶模态;通过对风力机塔架的模态分析发现,风力机发生振动,塔架固有频率与模态振型发生小幅度改变;随着风速和振动烈度的增大,塔架模态参数的变化幅度随之增大。该研究可以为风力机塔架优化设计提供借鉴。     

风力机旋转风轮振动模态分析

对水平轴风力机旋转风轮振动模态计算分析方法和影响固有频率计算结果的因素进行了研究。应用多体动力学的方法，探讨了旋转叶片动力刚化效应产生的原因；考察了叶片动力刚化效应以及玻璃钢／复合材料的各向异性性质对叶片振动模态的影响；通过自行开发的前处理软件建立叶片实体模型，运用ANSYS结构分析软件对所设计的600kW风力机旋转风轮的振动模态作了仿真分析，得到了风力机复合材料叶片动力刚化效应振动模态数值分析结果，并对结果进行了分析比较。     

海上风力机多层材料防护装置在船舶碰撞下动力响应分析

为研究橡胶-泡沫铝-钢结构新型防护装置不同厚度组合对碰撞过程中海上风力机结构动力响应的影响,基于非线性动力学理论,采用LS-DYNA软件模拟5 000 t级船舶与4 MW海上风力机单立柱三桩基础碰撞过程,对比分析泡沫铝和橡胶分别组成4种厚度防护装置海上风力机与船舶碰撞时系统能量转换、最大碰撞力及碰撞处的应力分布。结果表明:防护装置橡胶与泡沫铝厚度变化,橡胶对防护装置整体性能提高具有明显作用,同时抑制塔顶风力机动力响应效果显著。提出应力衰减率作为评估防护装置性能优劣指标,随着橡胶厚度与泡沫铝厚度改变,单立柱三桩基础所受最大碰撞力分别减少6.3%、12.7%,最大应力衰减率7.03%、4.8%,橡胶用于防护装置中整体性能优越,而泡沫铝可作为辅助材料迅速提高防护性能。     

大型水平轴风力机模型分析及鲁棒控制

本文利用系统辨识的方法分析了水平轴风力机的模型。采用分解的方法将风速分解成平均分量和脉动分量两个部分，平均分量的作用归入名义模型，脉动分量的影响归入模型的不确定部分，并在此基础上设计出相应的鲁棒控制器。     

水平轴风力发电机桨叶结构动力学特性研究

利用特定的振动与噪声测试和分析系统,采用实验模态分析与软件模态分析相结合的技术手段,对1kW水平轴风力机桨叶的结构动力特性进行了系统研究,为风力机桨叶的进一步优化设计和整机向大型化发展提供了重要的科学依据和实践经验。     

地震对不同容量风力机塔架动力响应规律研究

为研究湍流风与地震联合作用下风力机塔架动力响应规律,以AOC 50 kW、WindPACT 1.5 MW和NREL 5 MW 3种不同容量风力机为研究对象,考虑土-构耦合模型效应,基于开源软件FAST预留数据接口,编译地震载荷计算模块,建立了湍流风与地震激励实时耦合的动力仿真模型。基于ASCE标准地震反应谱,得到20种不同强度的地震加速度,计算了不同强度地震与湍流风联合作用下的风力机塔架动力学响应。结果表明:地面加速度峰值(Peak Ground Acceleration,PGA)为0.3g时,湍流风与地震联合作用对塔基剪切力和弯矩影响较大;随地震强度的增大,塔架不同高度处的最大弯矩与高度之间的关系逐渐由线性转变为非线性;发现国际电工委员会(International Electrotechnical Commission,IEC)和美国风能协会/美国土木工程师协会(American Wind Energy Association/The American Society of Civil Engineers,AWEA/ASCE)对地震载荷与风载荷共同作用下的载荷预估模型结果误差较大,并提出了新的高精度模型,可为风力机塔架载荷预估及预防地震风险提供一定的参考。     

动态尾流模型在水平轴风力机气动性能计算中的应用

根据势流理论导出风力机动态入流对速度诱导因子及推力系数的影响,建立了动态尾流气动模型.改进了风力机动态过程分析中传统的准稳态平衡尾流近似模型,从而较真实地反映尾流动态滞后和动态诱导速度场,更适用于风力机动态气动分析.应用该动态气动模型开发了风力机动态气动性能计算程序,对一台1.3MW失速调节型风力机进行了气动性能计算.通过比较动态尾流模型和平衡尾流模型处理阶跃风和阵风等动态过程的计算结果,分析了动态气动模型及其数值方法的正确性和实用意义.     

水平轴风力机翼型设计与动态失速数值模拟

利用XFOIL软件对水平轴风力机叶片的参考翼型进行了改进设计,通过数值模拟的方法评估获得:所设计的翼型优于参考翼型,满足设计要求;由于风力机叶片在动态失速时的特性较为复杂,该文针对某一个设计翼型进行了动态失速的数值模拟,使用FLUENT软件编写用户函数,获得漩涡产生、发展和脱落规律,比较翼型在动态和稳态的升力和阻力特性,并提出了考虑失速效果的风轮气动设计和性能改进的意见.     

基于动态入流理论的水平轴风力机动态气动载荷计算模型

针对叶素一动量理论的不足,考虑风力机运行环境动态变化时诱导速度场的滞后效应,利用加速势流方法,导出了附加质量的表达式,并以此建立新的风轮轴向受力表达式,与叶素一动量理论结合,得到了考虑动态入流效应的动态气动载荷分析模型.利用分析模型对一台1.25MW风力机在风速快速变化和快速变桨距时的载荷进行了仿真,结果表明,模型能够较好地反映诱导速度场的渐变过程、载荷的快速过冲现象以及之后逐渐回归稳态值的过程.     

水平轴风力机翼型动态失速特性的数值研究

动态失速对水平轴风力机的运行性能影响很大，大量的实验和分析显示，水平轴风力机在动态失速工况下其运行载荷将增长50～100％，而风力机翼型的动态失速特性是分析水平轴风力机动态失速特性的基础。本文应用CFD软件Fluent6．0对NREL S809翼型的二维动态流场进行了数值模拟，得到了翼型攻角在9*～31*范围内按正弦周期变化时的绕流流场。计算结果显示：动态失速下翼型的绕流流场与相同工况下的静态绕流流场有着十分明显的差别，同时也引起翼型升力、阻力系数的显著变化。     

大型水平轴风力机塔架的风诱发振动响应

分析了大型水平轴风力机塔架在地面风作用下的受力情况，给出定态风和非定态风诱发的塔架振动响应的计算方法，对一实际塔架进行计算和仿真结果表明，该计算方法在工程应用中是合理的。     

水平轴风力机在偏航情况下动态失速模型分析

介绍了动态失速物理过程及Leishman-Beddoes(L-B)动态失速模型,将其应用到已有的风力机气动性能预测程序中.该文以美国可再生能源实验室的水平轴风力机为基础,预测了在有无偏航情况下不同来流风速的功率,并与美国国家可再生能源实验室的实验结果进行了比较,两者较为吻合.通过给出不同径向位置下攻角和气动力曲线,分析了偏航导致的动态失速发生的基本特征,为进一步研究打下基础.     

风力机叶片动力学响应分析

该文发展了一种适用于风力机叶片的动力学响应计算方法,该方法考虑到叶片的实际工作状况及计算量的大小,选用修正的动量叶素理论和梁单元作为流体和结构模型,并将动态失速模型与动量叶素理论结合计算气动力;以Marc通用有限元计算程序为基础平台,将气动力计算程序写入子程序中,并根据子程序的调用特点,实现了在每个增量步中气动和结构边界条件的相互交换。最后给出计算算例,得到的计算结果与实际使用情况相符合。     

风电机组变速与变桨距控制过程中的动力学问题研究

讨论了额定风速以下的变速运行控制和额定风速以上的变桨距控制以及变速与变桨距两种控制策略的相互耦合关系;分析了风电机组主要部件包括叶轮、传动系统、塔架的各阶振动模态以及它们之间的相互影响力;提出了转矩控制对传动系统扭转振动和变桨距控制对塔架前后振动的影响力及控制方案;应用BLADED和MAT- LAB软件对主要控制环节进行设计及参数调整,并对机组的控制效果进行仿真。结果表明,所采用的控制策略和控制算法能够满足控制要求,并能有效地解决动力学问题。     

风力机柔性叶片的混合多体模型研究

研究运用混合多体动力学方法建立风力机柔性叶片的动力学模型.应用超级单元(superelement)的建模方法,将柔性叶片离散为由带有力元弹簧和阻尼器的万向节连接的有限个刚体;基于多刚体动力学中的R-W(Rober-son-Wittenburg)方法,通过约旦变分原理,导出了叶片多体系统的动力学代数-微分方程;运用MSC.ADAMS的求解器求解微分方程.计算了一个1.5MW风力机叶片的动力特性,研究了超级单元的数量对计算结果的影响,将算例结果与有限元分析结果进行了比较.算例分析表明,混合多体动力学建模方法能较好地分析和描述柔性叶片弹性变形对其运动特性的影响,为风力机气动弹性稳定性分析和控制系统设计提供了实用的分析方法.