风力发电电气控制技术应用研究

近几年,我国大力推进新能源开发工作,风力发电有关的项目数量不断增多。但是,风电行业本身就具有较强的复杂性,若想取得高收益、高经济回报率,就必须要重视电气控制技术的运用,其在此行业中占有十分重要的地位。经济的高速发展引发了过度消耗能源、环境严重破坏等问题,为了改善当前状况,开发新能源十分迫切,风力发电电气控制技术较为典型,电气控制技术决定着风力发电系统是否可以长期稳定地运行。所以,以风力发电中的电气控制技术为核心展开分析,探讨其应用方式。

基于Abaqus的风力机叶根高强螺栓疲劳断裂机制

风力机叶根高强螺栓疲劳断裂失效是影响风力机安全运行的重要因素,而高强螺栓的断裂与螺栓材料和所受载荷关联。以2 MW风力机叶根高强连接螺栓为研究对象,用Abaqus软件有限元仿真,研究42CrMoA螺栓材料的疲劳断裂特征。结果表明:疲劳载荷影响下,叶根螺栓应力沿周向对称分布,600 MPa时螺栓断裂位置位于叶根相接触的螺杆部位。裂纹萌生于光滑试样表面,螺栓疲劳断裂是由于多源裂纹交汇而形成峰线所致。在扭矩作用下,螺栓断裂位置位于轴承相接触的螺杆部位,随平均扭矩从1.2倍增至1.4倍,螺栓损伤寿命由2.49×10^(6)周次降至1 406周次,且断裂特征由NF+LS-LS顺序转变。本研究对揭示风力机叶根高强螺栓疲劳断裂机制和保证风电机组的安全运行有重要意义。

基于AHP-EWM权重与模糊评判的风机齿轮箱健康评价方法

针对传统故障诊断算法依据人工经验判断、对数据挖掘不深等问题,提出使用模糊评判T1FL法将齿轮箱系统的综合评价划分为4个健康状态。为了科学地赋权各级状态指标所占的健康权重,构建以最小二乘法耦合改进的层次分析法(AHP)和改进的熵权法NBN-EWM的数字化权重计算模型。结果表明:所提方法以多源数据为输入,通过最大隶属度原则综合评估齿轮箱的健康状态,诊断出齿轮箱部件高速轴处存在0.9201的置信空间为齿轮断齿状态,对4种健康状态的评估准确率分别保持在99%、99.2%、98.2%与99.6%。所提方法能够应用于齿轮箱的早期故障诊断,量化评判齿轮箱部件的健康状态,精确定位齿轮箱的损伤部位,为机组运维策略提供安全性保障,并为风场的能源数字化、设备智能健康与运维提供新方案。

复合氟化改性制备EP-ZnO纳米超疏水涂层的研究

风力发电机叶片覆冰严重影响风机安全经济运行,高质量的超疏水防冰涂层是当前研究的热点之一。本实验采用复合氟化改性的方法分别对环氧树脂(EP)和固化剂进行氟化改性,同时通过ZnO纳米颗粒对涂层表面结构进行修饰制备EP-ZnO纳米复合超疏水涂层,并研究了涂层的疏水性、耐磨性和抗冲击性能。研究结果表明,复合氟化改性能有效提高涂层的疏水性能,其接触角为150°,滚动角为6°;经过ZnO纳米颗粒对涂层表面结构修饰后涂层的接触角达158°,滚动角为3°。涂层具有良好的粘附力、稳定的抗冲击能力和耐磨性能,在磨损实验过后,涂层仍能保持较高的疏水性能。

基于磁控溅射-氟化改性的新型ZnO/SiO_(2)复合超疏水涂层防冰性能研究

目的通过磁控溅射及表面氟化修饰不同纳米尺度的氧化锌(ZnO)和二氧化硅(SiO_(2))粒子,获得一种新型的ZnO/SiO_(2)复合超疏水涂层。方法研究不同氟化修饰剂对新型ZnO/SiO_(2)复合超疏水涂层防冰性能的影响。采用光学接触角测量仪、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)对涂层的水接触角(CA)、滚动角(SA)、微观膜层形貌以及氟化前后化学键的改变进行分析。采用自制结冰装置及数显拉力计对涂层在高湿低温环境中的结冰时间和冰层在涂层表面的黏附强度进行测试。结果磁控溅射ZnO和SiO_(2)纳米粒子复合制膜得到的粒子排列状态规则,并且两种不同尺寸粒子的掺混使得涂层表面呈多簇状微纳米二级结构,能够很好地降低液滴与表面的附着力;分别选用十七氟癸基三乙氧基硅烷(FAS-17)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷(G50_(2))、十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)4种氟化修饰剂对涂层表面进行整体修饰,其中,FAS-17修饰后的涂层表面防冰效果最好,其液-气复合接触面积比例达到了94.38%,接触角和滚动角达到最佳,分别为164.7°和3°,且冰在表面的黏附强度降低至3.8 kPa;在湿度为60%,温度分别为-2、-10及-20℃的条件下,涂层延缓结冰时间分别为2446、1604、137 s。结论采用不同纳米尺度的ZnO和SiO_(2)纳米粒子,经过磁控溅射和整体表面改性可以得到簇状结构的新型复合超疏水涂层。通过FAS-17乙醇溶液进行表面氟化修饰,更加显著地提高了涂层的超疏水性能。

42CrMoA高强连接螺栓材料与断裂特征

42CrMoA高强连接螺栓广泛用于风机叶片与轮毂的连接,风机叶片结构复杂性和运行波动性导致载荷复杂交变,长时间交变载荷会造成叶片连接螺栓高频疲劳损伤,螺栓的疲劳失效断裂是风机安全运行急需解决重要问题。以某2 MW风力机叶片42CrMoA高强连接螺栓材料为研究对象,利用PLG-50高频疲劳试验机开展不同加载条件下螺栓材料高频疲劳实验研究。研究结果表明,650 MPa载荷下6.4449×10^(6)周次后试样尚未断裂,750 MPa载荷下的试样疲劳寿命达1.0564×10^(6)周次;疲劳损伤具有多疲劳裂纹起源区特征,试样断裂是由于多源裂纹交汇后形成峰线所导致;在相同的最大应力加载下,应力振幅越高,裂纹扩展速率越大,高频疲劳寿命越低。研究结果对揭示风机螺栓损伤断裂原因和风机安全运行具有重要意义。

风机叶片根部42Cr螺栓材料扭转失效研究

以2 MW风力机叶片42CrMoA高强连接螺栓材料为研究对象,用FLPL微机控制扭转疲劳试验机开展不同应力水平下的扭转疲劳试验。结果表明:42CrMoA材料的扭转疲劳寿命对施加的扭应力水平异常敏感,施加在高强连接螺栓上的安装扭矩不应超过理论值的1.2倍。在1.2倍理论扭矩(490 MPa)下,42CrMoA钢螺栓材料表现出良好的扭转疲劳性能,扭转疲劳寿命达10;周以上,在1.2~1.4倍理论扭矩(490~570 MPa)下,螺栓材料的扭转疲劳寿命骤减,仅为15446周;在扭转疲劳过程中,42CrMoA钢材料的组织结构由正常均匀弥散的一级回火索氏体演变为块状及网状铁素体结合的不完全回火索氏体,使材料强度降低;扭转疲劳断裂为典型纯滑移型断裂,疲劳裂纹萌生于光滑试样表面,向试样内部衍生并在扭转疲劳过程中形成二次裂纹;42CrMoA钢扭转疲劳断裂类型在不同扭循环应力下基本为NF+LS→LS型顺序转变。

风机叶片根部连接螺栓的弯曲疲劳试验研究

在叶轮旋转过程中,位于风机叶片根部用于紧固的连接螺栓因受到周期性的弯曲应力而容易疲劳。弯曲疲劳是造成螺栓松弛、损伤甚至断裂的重要原因。本研究以某风电厂2 MW风机高强连接螺栓为研究对象,利用PQ1-6弯曲疲劳试验机开展螺栓试样的旋转弯曲试验研究;通过宏观分析、化学成分分析、显微组织检测及扫描电子显微镜断口微观分析等方法,探究试验过程中螺栓材料的组织演变规律,研究螺栓失效的微观机理及其疲劳损伤的发展过程。结果表明:在250 N的负荷下螺栓的旋转弯曲疲劳寿命为76200周次;由旋转弯曲疲劳载荷引起的螺栓试样组织演变和疲劳损伤累积呈全域性分布特点,并在螺栓试样材料的不同部位形成了疲劳影响带,且其距离断口越近材料组织的疲劳损伤程度越大;疲劳损伤带由表及里向试样内部扩展;断口处疲劳裂纹从试样表面开始萌生,断裂机理为韧性断裂;螺栓材料中的夹杂物加剧了弯曲疲劳裂纹的集中和扩展,进一步缩短了螺栓的疲劳寿命。

风机叶片连接螺栓损伤的在线监测

综述了先进的螺栓结构连接监测技术,介绍了振动信号检测技术、声弹性效应技术、压电效应检测技术、光纤传感技术和基于材料及结构特征检测方法等的风机连接螺栓在线监测技术的研究进展,分析了这些技术的特点及其在风机螺栓松动监测中的适用性。

覆冰影响的南方山地风电场风资源评估方法

风资源评估是风电场建设、运行的重要环节,风力机叶片覆冰会导致叶片载荷增加,发电功率降低,影响风资源的正确评估,造成计算值与实际发电量误差大。以南方某山地为对象,研究结冰影响的风资源评估方法,开展地形模拟以及风场特性分析,得出微观选址结果并分析结冰与无结冰条件下的经济效益。运用WindSim软件评测某地的风资源情况,结果显示该山脉海拔在570 m左右,最高处分别在几个区域内出现,走势相对缓和,且坡度不大,速度分量、湍流动能、湍流损耗率和湍流频率的点值趋于稳定,残差值收敛于0,说明风流稳定,适合建立风电场,风能资源相对较好,具有一定的开发价值。本文的研究可为该地风电场的建设提供一定的参考价值。