姜香梅[1]2002年在《有限单元法在风力发电机组开发中的应用研究》文中研究指明大型水平轴风力发电机组运行在复杂的自然环境中，所受载荷情况非常复杂，而且随着风力机组的大型化发展，柔性塔架的出现、玻璃钢叶片的应用，使得风力机及其零部件的静动态问题更加突出。本文基于有限单元法静力学和动力学基本理论，根据大型水平轴风力发电机组及其零部件的力学模型，分别讨论了静动态分析中，风力发电机组筒形塔架、轮毂、机舱底座和叶片有限元模型建立和单元类型选择的基本原则和方法；探讨了在无法精确地建立实体模型的情况下，如何利用有限单元法动力学分析的基本原理建立有限元模型，进行动力学分析；然后以新疆金风科技股份有限公司研制的XWEC-Jacbos-43/600型号的风力发电机组为例，对它的塔架、轮毂和机舱底座的静态特性以及塔架和叶片的动态固有特性进行了计算和分析,从而验证了本文所研究的方法的正确性；并对有限元法在风力机疲劳问题以及风诱发作用下的塔架的响应中的应用作了有益的探讨；为大型风力发电机组主要部件的分析和设计提供科学可靠的依据，进而推动国产化大型风力发电机组的商业化和产业化进程。
赵立新[2]2008年在《风力发电机塔架的有限元分析与优化设计》文中提出能源与人类社会息息相关,它是发展生产与提高人类生活水平的重要物质基础。随着人类社会的发展、科技的进步以及日益严重的资源和环境问题的挑战,世界能源结构开始经历第叁次大的变革,即从以煤炭、石油、天然气为主的能源系统,开始转向以可再生能源为基础的能源系统,即目前流行的新能源。由于风力发电与其他燃料能源发电有着不可比拟的优点,因此它被认为是一种理想的能源、清洁的能源。随着风力发电机的大型化,机组塔架的优化设计问题日益突出。为了降低成本,减轻重量,通常将塔架设计为柔塔。这就需要探讨新的设计方法、应用新的设计技术。本文通过有限元软件MSC.Patran/Nastran以及MSC.Fatigue分析了影响塔架设计的静强度、模态、稳定性、疲劳强度等关键因素,并对塔架进行了安全性校核,研究了这些因素在塔架优化设计中的作用和地位,提出了优化塔架基本结构尺寸的方法,并对塔架进行了优化设计,为大型风力发电机组承载部件的分析和设计提供了科学可靠的依据。
祝振敏[3]2008年在《兆瓦级风电机组振动分析及保护》文中进行了进一步梳理能源问题是关系国民经济发展的重要问题,是当今人类生存和发展所需要解决的紧迫问题。常规能源资源有限,且造成一系列严重的大气环境问题,威胁着人类的生存和发展。因此开发利用新能源已经成为世界能源可持续发展战略的重要组成部分。风力发电是目前最具发展潜力的新能源之一,由于其清洁无污染,技术成熟,单机容量大,建设周期短,具有较好的经济效益和社会效益,受到世界各国的高度重视。目前单机容量大型化是全球风能技术的发展趋势,国内引进和正在研制的大型风力发电机组其塔架高度和风轮直径都在好几十米,这样高大型的结构在风力作用下,要保证其安全平稳地运转,动力学问题是研制中必须解决的关键技术之一。风力发电机组的动力学分析主要是研究系统的共振和稳定性问题,当风力发电机组在自然风条件下运行时,由于作用在风力发电机组叶片上的空气动力、惯性力和弹性力等交变载荷,就会使弹性振动体叶片和塔架产生耦合振动,如果外界激振力的频率与系统的固有频率相同时,系统就会发生共振,共振时将对机组产生强烈的破坏。因此,要排除共振,就要使系统的固有频率避开外界激振力的频率。文中在进行了大量的调研和查阅相关资料的基础上,依托甘肃省兰州市科技攻关项目“大型风力机组检测及监测反馈控制装置”。对兆瓦级风力发电机组系统进行力学模型简化,建立了由叶片、轮毂和塔架组成的风力发电机组系统的叁维模型和动力学模型。基于有限单元法动力学基本理论,分别对叶片,塔架和风力发电机组进行模态分析,分析孤立风轮叶片、塔架系统的振动特性与风力发电机组的振动特性。根据振动特性分析对风轮叶片进行动态优化设计,并设计一种大型风力发电机振动保护仪,避开振动门限值,保证风机的安全、可靠运行。
申新贺[4]2008年在《风力机总体设计技术研究及设计软件开发》文中指出现代大型风力机设计是一个涉及多学科交叉的复杂问题,因此,风力机的总体设计必须综合考虑风力机系统的结构布局、部件间的动态耦合、动力学优化及系统的可靠性。风力机总体设计技术包括:(1)风电机组动态空气动力学理论及气动优化方法;(2)风电机组载荷计算的气动弹性模型及分析方法;(3)极端条件下整机稳定性及可靠性理论与分析方法;(4)风电机组总体结构布局的优化设计理论及方法;(5)风电机组结构动力学分析、结构疲劳测试及多点耦合振动测试机理及实验平台建设等。本文首先分析了现代风力发电机组的结构和运行特性,参考风力机运行的外部环境和相关国际标准,对风力机整机系统所受各种载荷的计算方法及相互间的影响进行研究,通过分析各零部件之间的载荷传递关系,以载荷链的形式建立了整机载荷传递模型。风力发电机组总体设计技术理论的基础研究是急需解决的关键科学问题。本文对风力发电机组总体设计技术及其系统布局进行了初步研究,确定了风力发电机组总体设计参数的方法,对总体布局的方案设计进行了分析,对传力路线的布局方式与机组整体性能的关系进行了研究。本文利用有限单元法建立了风力机零部件和整机的总体设计结构动力学分析模型。通过风场计算、空气动力学计算和结构动力学分析,从而构成一个完整的风力机整机动力学分析模型方法。利用以上研究成果,开发了相应的计算软件,并集成风力机全系统载荷分析及优化设计软件HAWTDesign。使用软件对1.5MW风力机的分析结果表明,软件计算结果可靠,适用于风力机的总体设计。
高学敏[5]2007年在《风力发电机组传动系统的研究》文中研究指明本文以风力发电机组传动系统为研究对象,采用叁维工程设计软件PRO/E对风电机组增速箱进行了结构设计和几何模型的建立。齿轮模型采用PRO/E中的参数化建模,然后导入有限元分析软件ANSYS,并成功地解决了PRO/E与ANSYS的接口和配置问题,建立了齿轮等主要部件的有限元模型,并对增速箱中齿轮在静载和冲击载荷作用下的运行状况进行了数值模拟及分析。为了验证模拟结果的正确性,本文根据风力发电机组的运行工况,设计和研制了风力机传动实验台,希望通过对增速箱实验项目的开发,对数值模拟结果进行修正和提供数据支持。研究结果表明:该方法不仅可以找出设计的薄弱环节,给设计的合理性和先知性提供可靠的理论数据,为增速箱的优化设计及动态设计提供可靠依据,而且可以减少增速箱的故障率,缩短产品的开发周期,降低产品的研制成本,对增速箱的结构改进和设计水平的提高具有十分重要的意义
严磊[6]2008年在《风力发电机支撑体系结构设计研究》文中认为风能是可再生的清洁能源,风力发电是缓解我国目前能源紧张和环境压力的重要手段。目前在风力发电机组设计的主要技术上,我国尚处于较低的水平,尤其是对于海上风力发电机组的支撑结构体系而言,由于缺乏足够的工程实践可供借鉴,也没有成熟的规范可供参考,其设计仍然停留在近海区域的传统支撑结构形式。本文从我国目前风力发电机组支撑结构设计的研究现状出发,通过理论分析和数值模拟,重点研究了如下几个问题:(1)根据陆上和近海地区不同的环境条件和载荷条件,深入研究了风力发电机组的上部塔架和下部基础的结构形式,并给出了其设计要点;(2)研究了风力发电机组的荷载体系,并就各种环境荷载的计算方法进行了详尽探讨;(3)针对陆上风力发电机组特点,考虑基础影响,采用有限单元法对陆上风力发电机支撑结构进行了静力分析、疲劳分析、稳定性分析、动力特性和动力响应分析;(4)在国内首次研究了海上浮动式风力发电机的支撑结构-张力腿平台(TLP),对张力腿平台的结构设计进行了探讨;采用有限元法对张力腿平台的受力、变形和稳定等进行了数值分析;并且采用流固耦合法,对结构的自振特性和波浪荷载作用下的动力响应进行了深入研究。本文的研究揭示了不同的环境条件下陆上及海上风力发电机组支撑结构体系的动静力特性,其结论可为风力发电机组支撑结构设计提供重要参考。
许睿[7]2010年在《一种5KW离网小型风力发电机组的工作可靠性研究》文中指出最近几年,离网小型风力发电机组的制造行业重新繁荣起来。据统计,新生产的机组很大一部分为单机容量千瓦以上的,且单机容量有递增趋势。随着机组容量的增加,机组质量和零部件受力必然增加,但是目前关于千瓦级机组的研究主要集中在高效率电机上,很少进行机组结构方面的可靠性分析。作者以“中国长江航运集团电机厂”试制的一种5KW离网小型风力发电机组为研究对象,选取了其中的关键受力部件：即主轴和机座,以有限单元软件ANSYS为主要研究工具,做了如下工作：1.通过分析离网小型机组行业的国内外发展和研究状况以及目前存在的问题,认为我国亟需开展离网小型机组工作可靠性方面的研究。2.通过实验与推导的方法,计算出了主轴处于极限转速时所受到的载荷。在对主轴简化后,通过比较和趋势分析,得出了主轴的有限单元模型。在模型加载时,发现采用目前许多通用的扭矩加载方法仍然不能得出正确的结论。本文采用了新的加载方法,并且确认了得出的分析结果是可靠的,验证了主轴在极限转速下有足够的强度。通过设定路径并提取路径上的特定值,发现主轴处于极限载荷时其电机转子轴段挠度在许用范围内。3.对主轴分别进行了空载和极限载荷下的模态分析,推论出造成在这二种载荷下模态分析结果不一致的原因,并检验了推论的正确性,最终得出主轴在转速范围内工作时各阶自振频率的范围,发现主轴在设计转速范围内工作时没有自振的危险。4.通过设定路径并提取路径上的特定值找出了主轴上可能发生疲劳破坏的危险点,并定义出危险点的应力变化曲线,对危险点做疲劳分析最终验证该处是满足疲劳设计寿命的。5.简化机座,建立机座的有限单元模型,对机座进行极限载荷分析,验证了机座满足强度要求,能够承担极限载荷。6.采用同样的方法分析机座的自振频率,得出了机座在主轴转速范围内工作时的各阶自振频率范围,发现机座有自振的危险,作者给出了解决的方法。通过这些工作可以预先验证机组的可靠性,找出可能存在的问题,并进一步提出改善措施,从而提高机组质量；另一方面可以部分取代机组的载荷和疲劳实验,以缩短研发周期,降低研发费用。本文的研究成果已经应用到该机组后期质量改进中,将发挥实际作用。
付薇[8]2007年在《风力发电机组轮毂的有限元分析》文中指出风能是一种洁净的可再生能源,在当今能源和环境问题日益受到关注的情况下,利用风能进行发电越来越受到人们的重视,随着科学技术的不断发展,风力发电技术在世界上得到了飞快的发展,越来越多的兆瓦级大型风力发电机组相继建成并投入运行,风电市场前景异常广阔。随着风力发电机装机容量日益增大,机组所受的载荷情况也越来越复杂,从而使得风力机及其零部件的安全问题变得更加突出。为了要确保风力机在其设计寿命内能够正常地运行,首先必须对风力发电机组的关键零部件展开设计研究。轮毂是风力发电机组中的一个重要部件,它形状复杂,轮毂设计的好坏将直接影响到整个机组的正常运行和使用寿命,因此有必要在极限载荷条件下对轮毂进行静态分析和疲劳计算,以确定整个轮毂的应力分布情况,从中找出最危险的部位,为轮毂设计提供可靠的依据。本文课题研究就是在这样的背景下,应某企业的需求,对1.5MW风力发电机组的轮毂进行强度计算分析。本文基于有限元法的基本理论,对1.5MW轮毂进行了以下研究:①基于有限元法的建模理论,利用网格划分软件HyperMesh建立了两种轮毂有限元模型:一种是四面体单元模型,划分简单,可以使用有限元程序自动生成,故使用普遍;另一种是六面体单元模型,由于叁维网格具有空间几何实体描述和叁维网格的自动生成算法的复杂性,使得叁维网格,尤其是六面体网格的划分,具有较大难度,一般只能靠工作人员手动生成。并对两种单元类型的模型进行了细致的分析比较。②对轮毂有限元模型进行极限强度分析和疲劳校核计算,并把计算结果与某企业的2MW轮毂分析数据进行了比较,从而验证了本文所研究方法的正确性,确保了轮毂具有足够的强度和使用寿命。③为了减轻轮毂的重量、降低轮毂的制造成本,本文在强度和疲劳分析的基础上,对轮毂优化设计进行了研究,得到一组优化的轮毂壁厚。因此,本论文对为大型风力发电机组轮毂的分析和自主设计提供科学可靠的依据,对企业解决轮毂安全和寿命的问题具有重要的理论意义和工程实用价值,为提高我国风力发电设备技术水平,降低风力发电成本,提高市场竞争能力,实现具有自主知识产权的国产化风力发电机组奠定坚实的基础。
王慧[9]2014年在《风机壳式基础结构优化设计研究及健康监测》文中研究表明风能作为清洁可再生能源,对其开发与利用的问题已成为全球新型能源研究的新热点。风力发电具有显着的环保意义和社会效益,随着国家大力倡导对节能减排政策,国内许多风电场已相继建成并投入使用。风力发电机组属于新型高耸建筑,风机基础作为整个机组的主要成部分,其结构设计一直没有成熟的设计标准,特别地,对其结构形式及受力特性等问题的研究也尚不多见。鉴于风机基础结构的特殊性与重要性,对其进行结构优化设计,研究其受力机理,并对风机基础进行结构健康监测,为基础设计提供理论依据并完善行业标准具有重要意义。传统的风机重力式基础不能较好地发挥岩石地基的力学性能,本文由此提出了新型风机壳式基础的结构形式。风机壳式基础改变了上部荷载在基础中的传递路径,使基底应力分布更加均匀,更加充分地利用了岩体的高承载力,并且其结构形式简单,有效节约了基础混凝土的用量、降低了施工难度。基于压电陶瓷的结构健康监测技术具有对混凝土裂缝敏感、灵敏度高、响应迅速等特点,为了解风机基础实际运行时的状态,本文运用该监测系统对风机基础进行应力监测。本文的主要研究工作如下:(1)总结了风机传统重力式基础在现代风电工程中应用的优势与不足,并针对基础结构存在的问题提出了本文的主要研究内容。(2)根据结构优化设计原理,提出风机壳式基础结构优化的数学模型。结合风机基础常规设计的约束条件,运用网格算法对风机壳式基础底面截面尺寸进行优化设计,为确定合理的基础结构尺寸提供依据。(3)运用大型通用有限元软件ANSYS对风机壳式基础进行静力分析,研究其在设计提出的极限荷载作用下的应力状态,并将结果分别与传统重力式基础的数值计算结果以及壳式基础的常规设计结果进行对比,验证该基础结构的合理性及优越性。(4)采用ANSYS软件对风机壳式基础进行弹塑性分析,即Push-over法,研究壳式基础的破坏机理及破坏模式。(5)利用课题组开发的基于LabVIEW平台的监测系统持续对铁岭风电场的风机基础进行结构健康监测。将实际运行时基础的受力情况与数值计算结果进行对比,验证了有限元分析方法的准确性以及所建立系统的有效性。(6)总结了论文的主要研究工作,归纳了本文的主要结论、创新点及不足之处,对课题的研究方向进行了合理展望。
李华明[10]2004年在《基于有限元法的风力发电机组塔架优化设计与分析》文中研究表明随着风力发电机的大型化，机组塔架的优化设计问题日益突出。为了降低成本，减轻重量，通常将塔架设计为柔塔。这就需要探讨新的设计方法、应用新的设计技术。本文以强度理论、结构动力学和非线性有限元为理论基础，以塔架优化设计为目的，分别分析并研究了影响塔架设计的静强度、模态、稳定性、疲劳强度等关键因素；研究了这些因素在塔架优化设计中的作用和地位，提出了一种优化塔架基本结构尺寸的方法，并将优化结果与某定型机组的塔架比较，证明了该方法的正确性，为大型风力发电机组承载部件的分析和设计提供了科学可靠的依据。同时在国内首次将非线性有限元理论应用于塔架设计中的接触分析，更进一步拓展了有限元方法在风力发电机组设计中的应用范围。
参考文献：
[1]. 有限单元法在风力发电机组开发中的应用研究[D]. 姜香梅. 新疆农业大学. 2002
[2]. 风力发电机塔架的有限元分析与优化设计[D]. 赵立新. 吉林大学. 2008
[3]. 兆瓦级风电机组振动分析及保护[D]. 祝振敏. 兰州理工大学. 2008
[4]. 风力机总体设计技术研究及设计软件开发[D]. 申新贺. 汕头大学. 2008
[5]. 风力发电机组传动系统的研究[D]. 高学敏. 华北电力大学（北京）. 2007
[6]. 风力发电机支撑体系结构设计研究[D]. 严磊. 天津大学. 2008
[7]. 一种5KW离网小型风力发电机组的工作可靠性研究[D]. 许睿. 武汉理工大学. 2010
[8]. 风力发电机组轮毂的有限元分析[D]. 付薇. 重庆大学. 2007
[9]. 风机壳式基础结构优化设计研究及健康监测[D]. 王慧. 沈阳建筑大学. 2014
[10]. 基于有限元法的风力发电机组塔架优化设计与分析[D]. 李华明. 新疆农业大学. 2004
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