海上风机叶轮翻转机具及安装工艺的研究

摘要

随着风电技术的快速发展，海上风电已成为世界可再生能源开发的关注点。快速有效的实现风机的海上安装是海上风电发展的关键。本课题来源于中海油的科研项目“海上大型风力发电机组安装工艺研发”，目的是研究风力发电机的海上安装方法和研制拥有自主知识产权的叶轮翻转机具，为推动我国风电事业从陆地走向海洋提供技术支持。 本文介绍了海上风力发电机组及其安装方法的国内外发展概况，对海上安装设备和安装环境做了全面的分析，分别对整体安装和分体安装进行了分类，并详细分析了分体安装的整个工艺过程。 提出了叶轮翻转机具的结构设计方案，在整体方案的基础上建立了仰角补偿过程的数学模型，对机具的结构进行了详细设计，主要包括滚动轮调整组件、摆臂回转组件、弹簧销锁紧装置和摆臂回摆装置等机构。并利用Pro/E设计软件建立了虚拟样机的三维模型，完成了叶轮翻转机具的三维设计和虚拟装配。 利用有限元分析软件ANSYS对叶轮翻转机具的零部件进行了强度和刚度分析，并基于有限元非线性求解算法，对叶轮翻转机具结构中涉及到的接触问题进行研究。 利用Mech/Pro接口将叶轮翻转机具的三维模型导入ADAMS环境，完成了虚拟样机的设计；建立了叶轮空中平移过程的动力学方程，并对叶轮空中平移过程、样机空中作业的整体稳定性和各个组件的运动过程进行了仿真分析；总结分析仿真结果并将其反馈到结构设计过程中去，以保证机具的性能达到实际工作环境的要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2课题来源及意义

1.3海上风力发电机国内外发展概况

1.4海上风机安装的国内外发展概况

1.4.1安装用驳船

1.4.2基础结构

1.4.3机组安装方法

1.4.4叶轮吊装机具

1.5本文的主要工作

第2章海上风机分体安装工艺研究

2.1引言

2.2海上风力发电机组分体安装方法

2.3叶轮整体式安装工艺分析

2.3.1单桩基础的海上安装工艺

2.3.2海上风力发电机组的安装工艺

2.4本章小结

第3章叶轮翻转机具虚拟样机的结构设计

3.1引言

3.2虚拟样机的主要技术指标

3.3虚拟样机结构建模

3.4虚拟样机的结构设计

3.4.1设计要求

3.4.2虚拟样机总体结构设计

3.4.3仰角补偿理论的建立及补偿过程分析

3.4.4虚拟样机各部分结构设计

3.5本章小结

第4章叶轮翻转机具的强度分析

4.1引言

4.2叶轮翻转机具零部件的强度分析

4.2.1槽型架结构

4.2.2摆臂与底架连接用销轴

4.2.3摆臂

4.2.4滑动接头

4.3滚轮和工字钢梁的接触有限元分析

4.4本章小结

第5章叶轮翻转机具虚拟样机的研究

5.1引言

5.2虚拟样机设计方法的特点

5.3基于ADAMS的虚拟样机仿真

5.3.1多刚体动力学方程的建立

5.3.2 Pro/E与ADAMS的联合仿真

5.4虚拟样机建立

5.4.1三维实体模型的传递

5.4.2添加剩余约束与施加载荷

5.5动力学仿真结果分析

5.5.1叶轮空中移动过程仿真

5.5.2仰角补偿过程仿真

5.5.3摆臂回摆过程仿真

5.5.4摆臂锁死过程仿真

5.6本章小结

结论

参考文献

致谢