风电齿轮箱行星轮系齿轮修形研究

前集成式传动链已经成为风电机组的主要技术路线,主轴系对第一级行星轮系耦合影响突出。以某中速永磁风电机组传动链为研究对象,建立了轮毂、主轴系和第一级行星轮系的一体化模型。轮毂中心施加载荷,进行仿真分析,研究了主轴系变形对第一级行星轮系啮合的影响,并进一步开展了齿轮微观修形设计和试验研究。研究显示,本文轮齿的微观修形方案能显著改善第一级行星轮系偏载现象,降低主轴系变形对第一级行星轮系啮合的影响,为风电齿轮箱行星轮系的参数设计和轮齿微观修形提供了参考依据。

大型风电机组滑动式偏航系统制动过程机电耦合特性规律

偏航系统是连接风电机组叶轮与塔筒承载部件,其偏航运动受气-机-电-液耦合作用,通过对偏航系统机电特性分析,开展了偏航力矩载荷力学分析计算,基于4种典型的极限工况,对工况发生历程中偏航力矩变化规律进行分析,重点对偏航运行制动及偏航静止制动特性进行研究,研究表明:电机制动速度控制阀值、制动响应时长、尾部制动时长是滑动式偏航系统制动特性主要考虑因素,确定滑动系统配合以变频控制偏航方式,采用失电制动模式为最优选择,制动电机速度可降低至35%。而在偏航静止制动状态下,相比于驱动个数的增加,制动力矩增大对改善偏航滑移最为明显,产生偏航瞬时发生转动角度更小,但输出小齿冲击受载更大。

风电主轴配对单列圆锥滚子轴承工作游隙分析

[目的]单列圆锥滚子轴承双支撑的主轴系结构在风电机组中得到了广泛的应用,确定合适的轴承工作游隙,对轴承和主轴系的可靠运行至关重要。[方法]以某中速永磁风电机组主轴系为研究对象,建立了轮毂、主轴、上风向轴承和下风向轴承一体化的动力学分析模型;计算得到了不同轴向游隙下,轴承滚道寿命、承载区域以及最大接触应力的变化趋势。[结果]确定了配对单列圆锥滚子轴承理想的轴向工作游隙范围为-0.74~-0.3 mm。[结论]研究结果对轴承和主轴系的可靠运行具有重大意义,为配对单列圆锥滚子轴承轴向工作游隙的确认提供了方法和参考。

风电扭缆防磨损装置设计分析及应用

风力发电机组塔架扭缆处的电缆磨损问题严重影响风机的运行,是风电后市场亟待解决的难题。以某公司后市场2MW服役机型为例,开展风机塔架内扭缆磨损问题统计,深入进行原因剖析,明确边界条件,提出模块化结构的电缆护套设计方案。同时,研究了不同玻纤质量分数对电缆护套力学性能的影响,计算了连接螺栓的预紧力,并在风场进行应用,为风电后市场电缆磨损问题提供了解决方案。

风电机组偏航制动器制动稳定性分析

针对风电机组偏航制动器制动不稳定问题,基于ABAQUS软件开展偏航制动器制动稳定性分析。运用复特征值分析法和不稳定倾向系数TOI值,分析制动压力、摩擦系数、偏航速度、弹性模量以及开槽方式等对制动稳定性的影响。基于全因子试验及Design-expert软件建立不稳定倾向系数TOI值响应面模型,并开展相关参数优化。研究表明:对制动稳定性具有显著影响的因素是摩擦系数、偏航制动缸弹性模量、摩擦片弹性模量;开双槽的摩擦片对制动稳定性影响显著,开单槽影响较小;制动稳定性受制动压力与偏航速度影响很小;参数优化后的偏航制动器制动不稳定系数降低73.7%。该研究结论可为偏航制动器设计、开发提供理论指导。

基于动网格模型的液体动静压轴承刚度阻尼计算方法

针对雷诺方程不能反映高速油流周向惯性效应、轴颈周向动压效应和静压扩散效应之间的非线性耦合关系及其对三维流场特性的影响,进而导致动静压轴承刚度阻尼的计算精度难以满足高转速精密轴承设计需要之现状,提出基于纳维-斯托克斯方程的动网格计算轴承刚度阻尼新方法。该方法采用自定义程序实现轴颈的旋转速度、位移扰动和速度扰动以及扰动过程中油膜力的计算等功能,成功将轴颈的旋转动边界转换为静边界,有效避免因轴颈旋转引起的网格畸变,并利用弹簧光顺模型更新轴颈受速度扰动和位移扰动引起的油膜网格挤压变形。通过对比研究瞬态和稳态条件下油膜力的变化,界定计算刚度阻尼系数时速度扰动和位移扰动的合理取值范围。利用所提出的方法计算典型轴承的刚度阻尼系数,再现动静压轴承油膜厚度和三维流场压力分布的动态发展过程,并采用影响系数法对该轴承的刚度系数进行试验测试。通过对比试验数据和动网格计算结果发现两者基本吻合,表明所提出的计算方法是有效可行的。

液体动静压电主轴关键技术综述

液体动静压主轴以其高回转精度、高动态刚度、高阻尼减振性和长寿命等性能优势,在高速精密机床领域获得广泛应用,但进一步适应超高速超精密加工需要,发展成为将机床主轴与高速电动机功能从结构上融为一体的液体动静压电主轴,还需解决高速化和结构集成化带来的轴承温升控制和电机性能优化等技术难题,需进一步从机理层面研究轴承特性和电动机高频电磁损耗等科学问题。因此有必要对现有研究成果进行系统分析和深入总结。回顾液体动静压机床主轴轴承技术的发展历史;从轴承油腔结构、节流器、轴颈偏斜、轴瓦弹性变形、轴承副表面形貌、液体惯性效应、热效应、润滑介质可压缩性及非牛顿特性、水润滑动静压轴承等方面,对影响液体动静压电主轴轴承特性的关键技术进行逐一分析和评述;从高速电主轴对电动机几何特性、转速—力矩特性、热特性、振动及噪声特性的要求等角度,全面评述电动机性能的电磁参数设计方法、电磁损耗机理及计算方法和电磁损伤故障防治技术;具体分析动静压电主轴整机特性优化中的关键技术难题;对液体动静压电主轴技术的未来发展趋势进行预测和展望。

气体悬浮电主轴动态特性研究进展

在高效超精密加工中,气体悬浮电主轴存在电动机高速拖动能力衰减过快、电磁偏心激振、高次谐波激振和电动机定、转子发热严重以及主轴高速带来的温度效应和气流惯性效应等一系列技术难题。因此有必要对气体悬浮电主轴动态特性的影响因素进行系统分析和深入总结。分析气体悬浮电主轴的技术现状以及存在的问题;从轴承结构、气体流动形态、电磁偏心激振和不平衡响应等四个方面对电主轴稳定性的影响进行评述;综述轴承类型、轴承参数、表面粗糙度和轴颈倾斜对系统刚度的影响;阐述系统临界转速和电动机转速—力矩特性以及主轴高速带来的温度变化和气流惯性对主轴系统的影响;围绕主轴的回转精度,对主要因素、回转误差形成机理和精度测试与误差分离技术逐一评述;最后对气体悬浮电主轴技术的发展趋势进行预测和展望。

高频变流诱发的电主轴高次谐波振动及其抑制方法

高速电主轴已在超高速磨削中获得成功应用,但由高频变流诱发的高次谐波机电耦合振动严重影响磨削系统的稳定性和磨削质量,而其动力学机理尚不明确。利用传统的砂轮转子机械模型尚不能定量解释高频变流诱发高次谐波机电耦合振动的原因。在传统砂轮转子机械模型的基础上建立了"逆变器-电主轴-砂轮-磨削载荷"系统的机电耦合数学模型。利用该模型研究了启动、升速及突变磨削载荷等条件下磨削系统的几类典型非平稳过渡过程,并在超高速平面磨床上进行了试验研究。揭示了功率开关高频变流诱发超高速磨削系统机电耦合振动的物理机理,提出了通过优化逆变器工作参数抑制机电耦合振动的具体策略。

液体静压转台技术综述

综述了液体静压转台技术的研究现状;从回转工作台结构、规格、回转精度、承载能力、刚性、热稳定性等方面逐一分析和评述了各因素对静压转台关键功能特性的影响规律;最后对静压转台技术的未来发展趋势进行了预测和展望。

大型双排四点接触球轴承摩擦力矩特性研究

在双排四点接触球轴承静力学分析基础上,建立轴承滚动体与滚道间摩擦力矩的数值计算模型,并对载荷工况、轴承几何参数与摩擦力矩之间的关系进行理论分析。分析结果表明,双排四点接触球轴承在较小的倾覆力矩工况下运行,轴承初始接触角约为50°,沟曲率半径系数为0.53~0.54,游隙取0~-0.05 mm,同时选择较小的节圆直径,有利于减小轴承滚动体与滚道间摩擦力矩,降低轴承磨损量,延长轴承使用寿命。

基于FISSA-DBN模型的风电机组运行状态监测

为提高风电机组运行效率,降低风电场运营成本,对风电机组运行状态监测显得尤为重要,提出一种基于数据采集与监控(supervisory control and data acquisition,简称SCADA)系统和萤火虫改进麻雀搜索算法优化深度置信网络(firefly improved sparrow search algorithm optimized deep belief network,简称FISSA-DBN)的风电机组状态监测新方法。首先,对SCADA数据进行预处理分析,并利用专家系统和皮尔逊相关系数分析,相关分析选取输入参数和输出参数;其次,利用预处理数据集建立基于FISSA-DBN的风电机组运行状态监测新模型,根据模型预测值和实际输出值之间的重构值误差,以及指数加权移动平均阈值(exponentially weighted moving average,简称EWMA)判断是否有异常;最后,以华东某风电场实际数据为例进行实例验证。结果表明,所提出方法的预警时间比实际记录时间最早可提前4 d多。同时,将所提出方法与其他方法进行对比,结果表明该方法预警时间提前,模型预测误差更小。

带有浮动变位轴承的高速主轴系统轴承生热研究

为揭示带有浮动变位轴承的主轴系统中轴承摩擦生热规律,基于主轴系统模型与轴承热功率模型,计算了浮动变位轴承不同径向游隙、外圈沟曲率半径系数以及主轴转速、轴承预紧力下主轴系统各轴承摩擦热功率,结果表明:浮动变位轴承的径向游隙、外圈沟曲率半径系数以及角接触球轴承的预紧力显著影响系统中各轴承的滑动摩擦热功率;主轴转速对轴承滑动摩擦热功率和总摩擦热功率有较为显著的影响;由润滑剂黏滞阻力产生的摩擦热功率是轴承总摩擦热功率的主要来源。

某风电场风电机组变桨电机轴承失效原因探析

变桨电机作为风力发电机组变桨动作的动力单元,其可靠运行是决定风力发电机组正常运行的核心。针对某风电场风电机组出现的变桨电机异响、卡涩故障,通过对故障电机拆解分析,查出失效点为变桨电机制动器端轴承失效。基于轴承的失效状态,结合电机结构及运行环境,分析电机制动器端轴承失效原因,并针对变桨电机结构提出设计优化建议。

永磁直驱风力发电机组弯头形机舱优化分析

[目的]针对某型永磁直驱风力发电机组机舱几何外形不规则,受载荷复杂、重量较大的情况,需对其进行优化分析与设计。[方法]基于有限元方法,建立了机舱的有限元模型,分析了弯头形机舱的几何结构和主要形状影响参数,并基于分析结果对参数进行优化调整与复核计算。[结果]优化后的机舱最大von Mises应力由181 MPa减小到173 MPa,应力降低了4.4%,满足强度要求,重量由52.7 t减小到45.2 t,重量减少了约14.2%。[结论]研究表明,优化效果明显,为风电机组此类机舱设计与优化方法提供了借鉴和参考。

风电机组回转支承滚子修形曲线设计方法研究

以风力发电机组三列圆柱回转支承的滚子修形为研究对象,基于非线性的弹性接触方程,对建立的轴向、径向滚子-滚道接触模型进行了求解。举例分析了模型中载荷、倾斜角度和滚子修形曲线对滚子应力分布的影响与参数确定,基于轴向、径向滚子受载特点提出分别采用对数修形和相切圆弧两种方法进行修形,可对后续风电回转支承滚子修形设计提供参考。

风电铸件用高强高韧球墨铸铁材料的研发与应用

为获得更高强度更高韧性的低温型球墨铸铁材料,在QT400-18AL材料中加入合金元素Ni、Nb进行合金化;通过对试样力学性能、金相组织、低温冲击功、疲劳性能的检测可知,Ni、Nb合金化可大幅提高QT400-18AL材料的力学性能。同时,使用该合金化QT400-18AL材料,达到了铸件质量提高与成本降低的双重目的。

基于风向预测的新型偏航控制方法

提出一种基于风向预测的新型控制方案,该控制方案涉及一种新颖的控制结构,包含风向预测模型和新型偏航控制。在上述控制结构下,利用基于自回归综合移动平均线的卡尔曼滤波模型来预测风向,同时提出一种基于有限控制集的模型预测控制方法。为证明所提方案的可行性和优越性,开发一种新型偏航控制器并用工业数据进行仿真测试,然后将其性能与工业偏航控制器相比,结果表明新型偏航控制器具有更小的偏航误差,因此增加了最大风力获取能力。

多风力机偏航误差角对输出功率的影响分析

监控与数据采集(SCADA)系统中记录的历史数据包含了丰富的信息,有助于风力发电机组的性能优化。以某山地风电场风电机组(WTs)为研究对象,从数据方面研究风电机组偏航系统整体运行状态。首先获取SCADA系统采集的风速、偏航误差角和功率数据,并对这些数据进行相应的预处理;然后根据IEC61400-12功率特性测试中的bin法对预处理数据进行统计计算;分析了不同风速下偏航误差角对功率的影响。结果表明,从偏航系统的整体运行数据来看,不同的偏航误差角对输出功率影响的显著差异多集中在中间风速段,为山地风电机组偏航系统的运行和维护方面相关研究提供了参考依据。

风电场风电机组机载风速仪状态自确认

以风电机组机载风速仪为例,提出一种传感器状态自确认方法。利用多台风电机组风速的相关性,通过动态时间规整算法,选定一组风电机组群。构建基于自联想神经网络的风电机组群风速仪预测模型,采用历史正常数据通过麻雀搜寻优化算法对模型进行训练,根据实际值与预测值的关系对风速仪状态进行识别。通过仿真实验证明该方法可识别风速仪模拟异常状态,最后对某风场实际风速进行检测,结果显示能有效识别出风速仪的状态,实现风电机组风速仪状态的自确认。