兆瓦级风电机组振动分析及保护

摘要

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三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。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2风力发电机组现状概述

1.2.1国外的研究现状

1.2.2国内的研究现状

1.3风力发电机组的动态特性

1.3.1国外风力发电机组动力学研究现状

1.3.2国内风力发电机组动力学研究现状

1.4本课题的来源、研究的意义及主要研究内容

1.4.1课题来源

1.4.2课题的意义

1.4.3课题研究的主要内容

第2章风力发电机组动力学建模

2.1风力发电机组结构简介

2.2有限元分析理论

2.3有限元模型的建立理论

2.4有限元模型的建立

2.4.1叶片建模

2.4.2轮毂建模

2.4.3塔架建模

2.5 ANSYS分析软件简介

2.6本章小结

第3章风力机发电机组模态分析

3.1模态分析理论基础

3.2叶片和塔架的模态分析

3.2.1叶片模态分析

3.2.2塔架模态分析

3.3风电机组模态分析

3.4风电机组振动特性分析

3.5本章小结

第四章优化设计与振动保护

4.1优化设计理论

4.1.1有限元优化分析的方法

4.1.2有限元优化原理

4.1.3有限元优化步骤

4.2优化设计

4.2.1优化设计的数学模型

4.2.2优化设计实例

4.3振动保护

4.3.1叶片的保护分析

4.3.2振动保护仪的设计

4.4本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A攻读学位期间所发表的学术论文