海上兆瓦级风电机组风轮吊具研究

风轮吊具是风电机组吊装风轮的重要装置,由于风轮吊具连接面受限于轮毂结构,通常风轮吊具连接螺栓安全系数在交变载荷的吊装工况下较难满足设计要求,需优化吊具结构和增大吊具连接螺栓安全系数。以某兆瓦级风电机组风轮吊具为例,通过三维软件对吊具进行参数化建模,利用有限元法对风轮吊具抬吊和对接工况进行数值分析。提出了基于梁体的吊具连接螺栓计算方法,通过研究吊具主板厚度、筋板位置、螺栓规格和螺栓拉伸力参数,计算风轮吊具和螺栓强度,并对吊具结构进行对比优化。结果显示:风轮吊具在对接工况下的吊具等效应力约为抬吊工况的1.2倍,而吊具变形则为抬吊工况的一半。各试验工况,风轮吊具的最大等效应力和最大变形均出现在吊具吊耳孔连接处。各试验条件,吊具连接螺栓等效应力波动较大。经优化,螺栓最大等效应力减少了20%。结果表明:对于相同吊装工况,风轮吊具的等效应力和变形波动较小。仅计算吊具等效应力和变形时,可忽略连接螺栓对吊具等效应力的影响。采用上筋板、增大主板厚度和螺栓规格、适当增大轮毂小端侧螺栓拉伸力的方式能一定程度上降低吊具螺栓等效应力。经现场实际验证,优化结果可行,对后续机组的吊具设计优化提供了借鉴和参考。

机架柔性对双风轮风电机组传动链固有特性的影响

双风轮风电机组是一种新型水平轴式风电机组,可以利用前风轮尾流发电,风能利用系数高,但为了减少前后风轮间流场干涉效应,传动链轴向跨距较单风轮机组更长,造成长跨距柔性机架多点弹性支撑下双风轮风电机组传动链模态特性复杂,潜在共振风险高。文中考虑机架柔性及其与传动链间弹性支撑,利用多体动力学方法建立了双风轮风电机组传动链刚柔耦合动力学模型,分析了传动链耦合振动模式,研究了机架柔性对传动链固有特性的影响。研究结果表明:双风轮风电机组传动链前2阶扭振固有频率分别为5.63 Hz和6.01 Hz,分别对应后、前风轮传动链第1阶扭振固有频率;双风轮风电机组传动链共存在3类系统振动模式,包括前或后风轮传动链局部振动模式、前或后风轮传动链耦合振动模式,以及前与后风轮传动链耦合振动模式;当系统各构件的模态能量主要集中在非扭振方向时,机架柔性会使各构件模态能量朝同侧传动链其余构件或异侧传动链构件转移。

弹性支撑双风轮风电机组传动链强度分析

为使前后风轮间流场干涉影响降低,双风轮风电机组传动链具有跨距长、支撑点多的特性,导致双风轮风电机组传动链在长跨距柔性主机架支撑下具有复杂的载荷特性。建立考虑主机架柔性的某型双风轮风电机组传动链动力学模型,分析齿轮与主机架结构强度。结果表明:各级齿轮接触强度、弯曲强度以及主机架强度均满足设计要求;主机架支撑变形有助于协调各构件之间的相对变形,适量减小主机架柔性有助于改善传动链承载时主轴轴承之间的轴线不对中情况。

塔影效应下风轮仰角对风力机气动特性的影响

考虑风力机塔影效应的影响,针对风轮仰角导致风力机气动特性更为复杂的问题,文章对不同仰角水平轴风力机流场进行了数值模拟,分析了风力机叶片截面压力分布、涡量以及塔筒表面压力随相位角的变化规律,探究了风轮仰角对风力机输出功率的影响。结果表明:增大风轮仰角会降低叶片表面压力,减小叶尖部分压差,使得叶片表面高涡量区域减小;添加风轮仰角会使叶片对塔筒影响减小,塔筒表面高涡量区域随着风轮仰角的增大逐渐减小,降低塔筒表面压力波动。当叶片经过塔筒时,塔影效应对风力机影响较大,风力机输出功率降低;当叶片竖直向上时,风力机输出功率达到最大。为风力机添加仰角后,随着风轮仰角的增大,风力机的输出功率与输出功率波动均呈现先增大后减小的趋势;风力机输出功率在风轮仰角为3°时最大,输出功率波动在风轮仰角为6°时最小。

基于支持向量机的风轮不平衡故障诊断方法研究

针对风电机组风轮不平衡的识别与检测问题,提出一种基于多核融合支持向量机的风轮不平衡识别方法。首先,分析风轮不平衡的影响,提出一种基于变分模态分解(VMD)的信号分解与重构方法;其次,提出基于模糊熵的风轮不平衡特征提取方法,以高斯核函数作为模糊函数,该方法具有较好的噪声鲁棒性和较低的数据长度依赖性;再次,提出基于多核融合支持向量机的风轮不平衡识别方法,融合不同特征和尺度的核函数组成核函数库,并选取最优核函数;最后,在不同湍流强度的仿真中建立交叉验证数据库对该方法进行验证,识别准确率在98%以上,证明该方法能有效识别风轮不平衡。

基于贝叶斯推理的风电机组风轮偏航协同智能控制方法

风向的变化对风电机组的偏航控制是一个挑战。对于风向的频繁变化,如果风电机组的反应速度过慢,无法及时调整偏航角度,将会影响发电效率。为了准确控制风电机组风轮偏航问题,文章提出了一种基于贝叶斯推理的风电机组风轮偏航协同智能控制方法。在考虑风速随机性的情况下,分析风向信号,获取风向样本数据。引入贝叶斯分类器,结合风向正态分析模型,计算服从上一批样本分布的风向样本后验概率,将其作为警戒值调节基准,建立基于贝叶斯推理的网络警戒值调节机制,通过爬山算法调节警戒值,完成风电机组风轮偏航协同智能控制。实验结果表明,所提方法对风电机组风轮偏航展开协同智能控制后,机舱位置出现偏航的次数为0,且偏航控制时间短,表明该方法可以完成风电机组风轮偏航协同智能控制。

风轮不平衡载荷下超大型风电机组叶片颤振极限研究

以IEA Wind 15 MW参考风电机组为研究对象,基于非线性时域气弹耦合分析工具,研究风剪切、偏航入流、质量不平衡3种不平衡载荷单一或共同作用时,超大型风电机组叶片的颤振极限。结果表明,单一不平衡载荷作用时,风剪切和±15°以内的偏航角会增大临界颤振速度,而质量不平衡会降低临界颤振速度,且质量偏重时颤振速度下降更加明显。3种不平衡载荷共同作用时,临界颤振速度的最大值和最小值都出现在剪切系数为0.3时;最大值总是在偏航角为非负值时取得,最小值在偏航角为-20°时取得;质量不平衡对临界颤振速度的影响与其单一作用时的规律一致。因此,在进行气弹稳定性分析时,应考虑多种风轮不平衡载荷共同作用,尤其是叶片质量偏重和偏航角度为-20°时这种最不利的情况。

章鱼图和风轮图的A_(α)-谱确定问题

对实数α∈[0,1],图G的A_(α)-矩阵定义为A_(α)(G)=αD(G)+(1-α)A(G),其中D(G)和A(G)分别是G的度矩阵和邻接矩阵.如果与G是A_(α)-同谱的图都与G同构,则称G是A_(α)-谱确定的.将星图的中心与圈图的一个顶点粘合所得到的图称为章鱼图,由s个三角形共同粘结在路上的一个端点所得到的图称为风轮图.该文证明了对任意α∈(2/3,1),章鱼图和风轮图都是A_(α)-谱确定的.

对旋双风轮风力机载荷特性风洞实验研究

为阐明对旋双风轮风力机前后风轮之间的载荷影响规律,基于风洞实验,测量对旋双风轮风力机3个正交方向的力和力矩,研究前后风轮间距和叶尖速比对载荷特性的影响规律。研究发现:高叶尖速比时,单风轮偏航力矩存在明显波动,而对旋双风轮风力机偏航力矩减小,且波动减弱;对旋双风轮风力机间距的变化影响前后风轮所承受的载荷占比,后风轮载荷占比随间距的增大而减小,这是由前后风轮之间所产生复杂的流动及湍流结构所致;虽然前后风轮的推力Fx和倾覆力矩My随叶尖速比的增大均有一定减小,但前后风轮的倾覆力矩Mx和偏航力矩Mz的方向相反,表明对旋双风轮风力机的前后风轮具有一定抵消倾覆力矩和偏航力矩的作用。

双风轮风力机前后风轮功率特性相互影响分析

双风轮风力机相对于传统风力机能够吸收更多的风能转化成电能。通过对3种面积比(56%、64%、87%)的双风轮风力机开展风洞实验,研究前后风轮不同叶尖速比时,对双风轮风力机功率特性的影响。结果表明:面积比为64%双风轮风力机的后风轮随着叶尖速比的增大,对前风轮功率有促进作用,而56%和87%的双风轮的后风轮叶尖速比的增大对前风轮功率有抑制作用;3种面积比双风轮的前风轮叶尖速比的增大对后风轮的功率都有抑制作用。3种面积比的双风轮风力机的总功率均大于单风轮风力机,且面积比为64%的双风轮风力机功率提升最大。

双风轮风电机组的主动共振穿越控制研究

高柔塔双风轮风力发电机组能够打破传统单风轮风电机组的风能利用极限,提高低风速地区的风能利用效率。高柔塔的固有频率位于风电机组的运行转速范围内,故而存在速度禁区。在风电机组正常运行控制的基础上,提出了一种共振穿越控制算法,防止风电机组叶轮在运行过程中与塔筒产生共振。该算法通过坎贝尔图找到共振区间,在最优转矩控制的基础上增加转速控制,实现快速共振穿越。在SIMULINK软件上开发的简单风电机组模型上针对稳态风和3种不同湍流强度场景进行了大量仿真试验,观察共振穿越算法的有效性和准确性。仿真结果表明,该算法在以上场景下均能实现准确的共振穿越。

多风轮中压风电系统实验平台建设

针对风电系统单机容量不断提升带来的问题,如风轮尺寸过大、运输和安装困难,使用升压变压器造成系统成本高和可靠性低等,该文设计了一种多风轮中压风电系统并搭建实验平台进行验证。该文首先介绍了多风轮中压风电系统的传动链结构和变流器拓扑,提出机侧有源整流器和网侧H桥逆变器的控制方法;然后搭建系统仿真模型并基于仿真结果搭建实验平台,验证了多风轮中压风电系统的可行性和控制方法的有效性。综合实验平台包含硬件及各类软件,可用于电力电子多电平变流器的教学。

风轮菜中1个新的单萜

目的:研究风轮菜中的化学成分及生物活性。方法:运用硅胶、十八烷基硅烷键合硅胶(ODS)、Sephadex LH-20柱色谱及半制备高效液相色谱等方法,对风轮菜地上部分70%乙醇提取物的正丁醇萃取部位进行分离纯化。采用高分辨质谱、核磁共振波谱、紫外色谱、红外色谱、圆二色谱和计算圆二色谱对新化合物进行结构鉴定,核磁共振波谱和质谱鉴定已知化合物。采用棕榈酸(PA)诱导的HepG2细胞损伤模型研究化合物1、6和9的细胞保护活性。结果:从风轮菜70%乙醇提取物的正丁醇萃取部位中分离得到9个化合物,分别鉴定为(4S,9S)-9-羟基茉莉酮(1)、红花菜豆酸(2)、环-(S-脯氨酸-R-亮氨酸)(3)、芹菜素-7-O-β-D-葡萄糖醛酸甲酯(4)、2-甲氧基-4-(2-丙烯基)-苯基-β-D-吡喃葡萄糖苷(5)、吐叶醇(6)、柚皮素-7-O-β-D-葡萄糖醛酸(7)、对-薄荷-3,8-二烯-1,2-二醇(8)、黄麻香堇醇C (9)。与模型组细胞存活率[(63.5±2.3)%]相比,化合物9低、中、高剂量组细胞存活率[(81.0±2.0)%、(83.4±1.8)%、(90.8±2.1)%]差异有统计学意义(P<0.001);化合物6高剂量组细胞存活率[(72.3±2.2)%]差异有统计学意义(P<0.05);化合物1未表现出明显活性。结论:化合物1为新化合物,化合物2~3、5~6和8系首次从风轮菜中分离得到。化合物9对PA诱导的HepG2细胞损伤具有显著的细胞保护活性,且与剂量呈正相关。化合物6在高剂量有一定的细胞保护活性。

串列式双风轮风电机组气动特性建模及仿真

针对水平轴串列式双风轮风电机组多输入多输出(MIMO)复杂非线性气动特性,提出了一种前后风轮干涉条件下的双风轮风电机组气动MIMO系统全工况分段仿射自回归(PWARX)建模方案。结合所搭建的双风轮风电机组半物理仿真平台进行运行仿真和测试验证,分析了该模型在不同工况场景下的输出值对实际值的跟踪精确度。结果表明:所建立的双风轮风电机组气动MIMO系统的PWARX模型对双风轮风电机组全工况气动特性具有高精度的全局逼近能力。

苗药细风轮菜的质量标准研究

目的建立细风轮菜的质量标准。方法收集10批细风轮菜药材样品,对其进行外观性状、显微鉴别和薄层鉴别,并对其水分、总灰分、酸不溶性灰分、稀乙醇浸出物进行检查;采用高效液相色谱法测定药材中迷迭香酸的含量。结果细风轮菜药材茎纤细,呈方柱形,被白色绒毛,表面为灰绿色或绿褐色;茎横切面可见表皮细胞、非腺毛、皮层细胞等;粉末可见非腺毛、导管、木纤维、叶肉细胞等。薄层鉴别结果显示,供试品色谱中,在与醉鱼草皂苷Ⅳb对照品色谱相应的位置上,显相同颜色的斑点。10批样品的水分、总灰分、酸不溶性灰分、稀乙醇浸出物、迷迭香酸含量分别为8.69%~12.33%、5.96%~13.33%、0.14%~3.29%、18.57%~32.61%、0.35%~0.82%,平均值分别为10.10%、9.73%、1.06%、23.54%、0.56%。结论所建方法可用于细风轮菜药材的质量控制。初步拟定细风轮菜药材中水分不得过12.0%,总灰分不得过12.0%,酸不溶性灰分不得过1.5%,稀乙醇浸出物不得少于18.0%,迷迭香酸含量不得少于0.45%。

基于涡方法的串列式双风轮风力机功率特性分析

基于势流理论建立一种串列式双风轮风力机非定常气动模型。模型中,升力面法用于计算叶片环量,使用自由尾迹模型实现尾迹畸变计算,通过诱导速度耦合前后风轮的叶片气动载荷与尾迹。以串联NREL 5 MW风力机为模型,2个风轮以相同转速相对旋转,考察对转双风轮功率在不同转速下的时均与动态特性。计算结果显示:双风轮最优总功率系数较单风轮提升34%,高转速运行时性能下降。对转双风轮功率周期波动,前后风轮相互势流干涉,前风轮尾迹干扰对应后风轮功率波谷。

风力发电机风轮叶片三维模型构建

为了解风力发电机风轮叶片在各种工况下的强度性能,并以此为依据,选择合理的材料和工艺措施,保证叶片的设计质量,对2 MW水平轴风力发电机的风轮叶片,利用相似理论,建立原型机和模型机之间的参数关系,以建立简化的叶片模型,从而提高了计算效率。选择NACA63-430为模型翼型,根据翼型数据,在UG软件中,对相邻翼型截面采用对应先绘制引导线的方法,得到了较为光滑的叶片三维实体模型,再在软件UG的“外观造型”模块,利用“曲率梳”“光影分析”命令逐一扫描曲面进行曲面检查,若遇到不光滑的地方,则利用“剪裁片体”工具进行裁剪,进一步提高模型的光滑性,最终生成小曲率变化、截面顺滑过渡的、质量较好的三维实体模型。静载荷和模态分析结果显示,该风力发电机风轮叶片的设计比较合理,能满足使用要求。

新型双风轮风力机大传动比两级同轴磁性齿轮传动的电磁性能分析

风电产业发展迅速,为了降低成本、增强企业竞争力,风力发电设备正朝着高功率、高性能、高可靠性方向发展,目前主流风力机普遍采用单风轮加机械式风电齿轮箱传动形式,无法满足风力机风能的高效利用和低传动故障率的需求。针对上述问题,该文提出双风轮两级同轴磁性齿轮新型传动方式,与机械齿轮相比,两级同轴磁性齿轮能实现非接触和大传动比传动,并具有低振动、噪声小、无需润滑以及低维护成本等优点。该文分析了两级同轴磁性齿轮结构和工作原理,建立两级同轴磁性齿轮的模型,分析了第一级和第二级同轴磁性齿轮的两级之间的磁场分布、气隙的磁通量密度、空间谐波分量、静态转矩和稳态运行转矩。研究表明,两级同轴磁性齿轮传动的第一级和第二级的转矩波动差异较大,第二级内转子转矩脉动幅值比第一级大41.68%,第二级外转子转矩脉动幅值比第一级小0.96%。针对第二级转矩波动较大的情况做了改进,结果表明,改进后的磁性齿轮内转子波动幅值降低了48.27%。

风轮菜中三萜皂甙的研究

从风轮菜[Clinopodium chinense(Benth)O.Kuntze]全草中分离得一个新三萜皂甙,根据化学方法和光谱分析确定其化学结构为3-O-β-D-吡喃葡萄糖(1→6)-[β-D-吡喃葡萄糖(1→4)-β-D-吡喃葡萄糖-11,13(18)-二烯-3β,16β,23,28-四羟基齐墩果烷,命名为风轮菜皂甙A(clinodiside A)。

一种风力机风轮设计和优化方法研究

为保证风力机具有最大的风能利用系数,本文主要对水平轴风力机风轮的设计和优化方法进行了研究。通过对叶片翼型的弦长和扭角的优化计算,可以得出叶片的几何参数,包括叶片数、叶片各断面的翼型选择以及叶片根部的安装位置等。根据提出的优化设计方法编制了相关软件,给出的算例说明了采用不同单一翼型设计的风轮在相应设计叶尖速比下的风能利用系数和轴向力系数的变化规律。