風能發(fā)電機整機及關(guān)鍵部件動力學分析與研究

【摘要】：風能發(fā)電機是利用風能驅(qū)動發(fā)電機,將機械能轉(zhuǎn)化為電能的大型機組。經(jīng)過20年的發(fā)展,我國已在該領(lǐng)域處于領(lǐng)水平。 本文利用UG,ANSYS等軟件對風能發(fā)電機整機、關(guān)鍵部件進行了動力學分析與研究,將動力學分析方法與有限元分析軟件結(jié)合起來,驗證了實驗數(shù)據(jù)的合理性。具體內(nèi)容有： 1、風能發(fā)電機整機動力學分析。采用動力學軟件FASTC(美國可再生能源實驗室(NREL)開發(fā))中提供的自由度模型,建立FAST線性化動力學方程,采用假設(shè)模態(tài)法建立風能發(fā)電機的結(jié)構(gòu)動力學模型。 2、風能發(fā)電機整機動態(tài)特性分析。風能發(fā)電機的大型化使葉片和塔架的柔性不斷增強,結(jié)構(gòu)之間的耦合作用不可避免,加上風速的隨機性等環(huán)境因素的作用,風能發(fā)電機多體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應變得更加復雜。本部分主要針對風能發(fā)電機的多體系統(tǒng)動力學特性進行研究。 3、風能發(fā)電機葉片動力學分析。把風能發(fā)電機葉片看成是細長懸臂梁,因此可以用ANSYS程序中的柔性動力分析模塊。該模塊是用來計算在交變載荷作用下柔性體結(jié)構(gòu)的響應,即由于耦合載荷作用使得風能發(fā)電機葉片的加速度、變形量在任意時刻都是變化的。還可分析出隨時間變化的葉根的力和扭矩,這些力和扭矩為輪轂的進一步分析提供了理論數(shù)據(jù)。 4、風能發(fā)電機塔架動力學分析。風載荷對風能發(fā)電機塔架結(jié)構(gòu)的作用由于其在空間和時間上的多變性變得更加復雜。本部分的整體模型是基于塔架頂端自由底端考慮基礎(chǔ)剛度彈性約束模型與頂端自由底端固定所建立的,計算固有頻率和振型,考察塔架動態(tài)特性受塔底基礎(chǔ)剛度和塔頂機頭質(zhì)量的影響,分析風載荷對塔架的動態(tài)響應,為今后進一步研究風能發(fā)電機塔架結(jié)構(gòu)提供依據(jù)。 5、風能發(fā)電機傳動系統(tǒng)動力學分析。傳動系統(tǒng)是風能發(fā)電機的重要組成部分,其性能的優(yōu)劣在一定程度上決定著風能發(fā)電機能否正常運行。本部分將UG、ADAMS、ANSYS、ROMAX等軟件有機的結(jié)合起來,充分發(fā)揮各軟件的優(yōu)勢,研究及設(shè)計分析風能發(fā)電機傳動系統(tǒng)的動力學情況。 本文對風能發(fā)電機的整機及關(guān)鍵部件進行了動力學分析與研究。對風能發(fā)電機整機進行了建模和動力學分析,然后對風能發(fā)電機關(guān)鍵部件即葉片、塔架和傳動系統(tǒng)進行了動力學分析,得到了相關(guān)的結(jié)論。為今后風能發(fā)電機系統(tǒng)的科學設(shè)計,整機、關(guān)鍵部件的故障預測評估提供了理論支持。 【關(guān)鍵詞】：風能發(fā)電機 葉片 塔架 傳動系統(tǒng) 動力學分析
【學位授予單位】：新疆大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1 緒論9-25
• 1.1 引言9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-16
• 1.3 存在的問題及課題的提出16-22
• 1.4 課題來源及本文主要工作22-23
• 1.5 全文組織結(jié)構(gòu)23-25
• 2 風能發(fā)電機整機的動力學分析25-33
• 2.1 引言25
• 2.2 基于假設(shè)模態(tài)法的風能發(fā)電機動力學模型建立25-27
• 2.3 FAST線性化模型建立27-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 3 風能發(fā)電機整機動態(tài)特性研究33-50
• 3.1 引言33
• 3.2 風能發(fā)電機多體系統(tǒng)建模33-35
• 3.3 風場模型與阻尼系數(shù)35-37
• 3.4 風輪塔架系統(tǒng)振動特性研究37-43
• 3.5 風激勵下系統(tǒng)的動態(tài)響應分析43-49
• 3.6 本章小結(jié)49-50
• 4 風能發(fā)電機葉片動力學分析50-58
• 4.1 引言50
• 4.2 三維模型的建立與網(wǎng)格劃分50-51
• 4.3 風機葉片載荷51-54
• 4.4 風機葉片柔性動力分析54-57
• 4.5 本章小結(jié)57-58
• 5 風能發(fā)電機塔架動力學分析58-70
• 5.1 引言58
• 5.2 塔架固有頻率理論計算58-59
• 5.3 結(jié)構(gòu)動力學中的有限元59-61
• 5.4 塔架的模態(tài)分析61-65
• 5.5 塔架的響應分析65-68
• 5.6 比較與討論68-69
• 5.7 本章小結(jié)69-70
• 6 風能發(fā)電機傳動系統(tǒng)動力學分析70-100
• 6.1 引言70
• 6.2 傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式70-72
• 6.3 增速齒輪箱的建模及設(shè)計72-76
• 6.4 傳動系統(tǒng)動態(tài)性能分析理論基礎(chǔ)76-81
• 6.5 風能發(fā)電機傳動系統(tǒng)的動態(tài)性能分析81-99
• 6.6 本章小結(jié)99-100
• 7 總結(jié)與展望100-102
• 7.1 全文工作總結(jié)100-101
• 7.2 工作展望101-102
• 參考文獻102-109
• A. 作者在攻讀博士學位期間發(fā)表學術(shù)論文情況109-110
• B. 作者在攻讀博士學位期間參加的科研項目110-111
• 致謝111-113

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