风电机组传动链动力响应特性与支撑系统影响

针对风力发电机组传动链动力学响应问题,以某兆瓦级风电机组为研究对象,建立传动链刚柔耦合的多体动力学仿真模型.分别分析机架柔性、齿轮箱弹性支撑刚度、发电机弹性支撑刚度对传动链动力响应特性(包括传动链模态、谐振与不同风况条件下的振动响应)的影响规律;通过实验室内振动测试,分别从时域和频域上验证模型的有效性.结果表明:支撑系统对振动能量主要分布在发电机壳体、齿轮箱箱体的模态影响最大,合理进行支撑系统刚度设计能够有效降低传动链共振风险.时域分析结果表明,谐振引起的零部件振动速度偏差最大达到120%;增大齿轮箱弹性支撑刚度并降低发电机弹性支撑刚度,有助于降低传动链振动水平.

基于无网格法的风力发电机主轴强度仿真研究

风力发电机主轴强度有限元分析存在复杂且耗时的问题。为了提高风力发电机中传递载荷的关键部件—主轴的设计效率,以单SRB和双TRB两类机型的主轴结构为例,分析了无网格法在主轴装配体上的计算可靠性,及其在建模过程与计算时间上的优势,进而提出了一种利用无网格法提高迭代效率的主轴结构设计方法。首先,以含双列调心滚子轴承(SRB)或单列圆锥滚子轴承(TRB)的两类主轴装配结构为对象,建立了采用杆单元简化轴承建模的有限元模型;然后,基于外部有限元逼近法,建立了适用于三维原型的边界条件与接触关系,开展了无网格法建模研究;最后,在4种典型极限载荷工况下,计算了两类主轴无网格模型的变形与集中应力结果,并将其与业内公认的有限元强度分析方法的结果进行了对比,对主轴无网格法的适用性和有效性进行了验证。研究结果表明:与有限元强度分析方法相比,无网格法计算两类结构的最大位移相对误差在-6.06%~2.28%之间,主轴上的集中应力相对误差分别在-2.36%~2.94%及-6.71%~4.76%之间,两者结果较为吻合;由此可见,在保证刚度、应力准确的同时,无网格法的建模过程更加简便,且计算时间显著降低,可有效提高主轴的设计效率。

风力发电机组主机架结构仿真优化方法

主机架是风力发电机组中重要的组成部件之一,其轻量化设计对整机产品的竞争力意义重大。基于变密度法开发了一种针对主机架的结构仿真优化方法,综合考虑了风机整体部件与主机架铸造工艺的影响,采用GAP单元进行轴承滚动体的等效简化,可真实地模拟轴承载荷传递机制。利用该方法成功对某大兆瓦风力发电机组的主机架结构进行拓扑优化设计,得到概念三维结构,并在三维重构后辅以极限强度分析和形状优化分析,进一步精细化修改与设计,从而得到了相对减重9%且可投入工业使用的轻量化主机架。该结构仿真优化方法对风电机组中主机架的轻量化设计有一定的可行性。

基于MBSE的大型天线系统设计方法

将基于模型的系统工程方法引入到大型天线系统设计中,采用理论分析、模型设计和验证分析等方法,确保天线需求到架构的正向逻辑推演。并以大型可动式抛物柱面天线研制为例,基于SysML建模语言进行系统设计分析,实现工程信息的无歧义表达,并维护需求变更一致性,提高大型天线研发效率。

发电机短路工况下风电机组传动链动力响应特性研究

为了确保风力发电机组设计的安全性,针对某兆瓦级双馈风电机组,对发电机短路工况下风电机组传动链的动力响应特性进行了研究。首先,基于Simpack/ANSYS建立了传动链多体动力学分析模型;然后,以发电机短路工况下的电磁转矩为激励载荷,定量分析了传动链上各级转轴扭矩传递规律,进一步研究了刹车盘转动惯量、联轴器阻尼比等因素对传动链动力响应特性的影响;最后,为了验证上述计算结果的可靠性,采用GH bladed对相同机组模型、相同工况进行仿真,开展了仿真一致性验证。研究结果表明:发电机短路工况下,齿轮箱高速级输出轴、输入轴处的瞬时扭矩峰值衰减最为显著,两相短路工况下分别比上一级衰减74.7%、47.6%,三相短路工况下分别比上一级衰减70.7%、46.4%;传动链扭矩峰值相比电磁转矩有迟滞性;刹车盘转动惯量和联轴器阻尼比对高速级瞬时扭矩有显著影响,联轴器转动惯量偏大、联轴器阻尼比偏小会导致高速轴瞬时扭矩峰值过大。该研究结果作为发电机短路故障分析、传动链各级零部件安全性评估与设计时的参考。