叶片质量不平衡下风机基础的疲劳性能

为探究基础环式风机基础在叶片质量不平衡时的疲劳性能,文章通过重构风力发电机组叶片质量不平衡模型推导了附加载荷,基于谐波合成法理论对脉动风速谱做单点模拟以计算风电机组气动荷载等基本运行载荷,并以实际工程为例建立了风机叶片—塔筒—基础一体化有限元模型,计算了结构自振特性和基本运行载荷与附加载荷共同作用下的载荷响应。结果表明:风机叶片质量不平衡程度加深会导致基础结构的应力集中现象,加剧应力幅增加,进而影响结构的疲劳性能与寿命;结构中混凝土的受力特性受影响较大,钢筋笼次之,基础环最小。

基于随机森林模型的叶片质量不平衡故障诊断

风力发电机叶片出现质量不平衡时若照常工作,不仅会影响经济效益,严重时还会直接损坏叶片等设备,引发安全事故。为此,使用RFECV特征筛选算法进行特征值提取,之后采用随机森林模型进行训练与预测。实验结果显示,将RFECV特征筛选算法应用于随机森林模型,可实现叶片质量不平衡故障诊断并提高模型泛化能力。利用新方法进行叶片质量不平衡故障诊断,可为风机长期稳定运行在正常工况做出贡献。

叶片质量不平衡对基础环式风机基础服役性能影响研究

风力发电机叶片长期暴露于恶劣的高空环境,极易产生质量不平衡故障,对风力机的稳定可靠运行影响极大。传统的叶片质量不平衡研究主要集中于对风力发电机组功率和塔筒的分析。基础环式基础广泛应用于风力发电机,在循环荷载作用下易发生损伤破坏。因此,基于叶素动量等理论建立考虑叶片质量不平衡故障的基础环式风机基础服役性能评估模型,模型利用解析方法计算质量失衡叶片对基础造成的附加荷载,结合平衡条件和连续性条件,选用大型有限元软件ABAQUS模拟分析叶片质量不平衡故障对风力机基础应力、疲劳寿命以及侧壁混凝土裂缝发展规律的影响。结果发现:质量失衡叶片在水平方向对风力机基础疲劳寿命的影响最大,叶片质量失衡故障会加快基础混凝土损伤过程,增加基础环的水平度,进而降低风力机基础整体服役的可靠性。此外,建议风力机发生较小叶片质量失衡损伤时通过降低转速维持风力机运行,并定期监测叶片质量失衡比。

真空热解在回收风电叶片中的研究

研究了风电叶片粉碎料的真空热解工艺。研究结果表明,在试验条件下,叶片中的树脂组分充分热解,冷凝后形成热解油、热解气与剩余固体,热解温度为热解反应的主要影响因素,真空度对产物的气液形态影响明显,热解油为多种有机化合物组成的混合物。通过叶片热解产物及热解工艺的分析,认为真空热解在风电叶片的回收处理中可起到有效处置作用,出产多种有价值的回收产物,且该工艺具备工业化条件与基础,可有效推动并维护风电产业绿色循环发展。

考虑气动弹性的风力机叶片外形优化设计

针对气动弹性对风力机性能的影响,引入叶片受载时的扭转角,建立了考虑气动弹性的风力机空气动力学模型。在此基础上,提出了以额定风速下风能利用系数为目标的优化模型,优化模型中将叶片的弦长和扭角分布作为设计变量,并考虑了气动弹性对风力机叶片性能的影响,以850 k W风力机叶片作为参考叶片,运用改进的遗传算法对其进行优化设计,结果表明:相比参考叶片,优化后的叶片的最大风能利用系数得到提高,同时,在叶片质量减小的前提下,风力机的输出功率得到提高,最高达23 k W。该设计方法为设计出高性能低成本的风力机叶片提供了理论依据。

风机叶片旋转疲劳加载系统研究

设计了偏心旋转质量块疲劳加载系统,对风机叶片疲劳加载试验传动系统中关键参数进行了分析及匹配优化,使得系统传动效果最优化。采用激光传感器测距,虚拟仪器开发软件实现信号的采集读取、分析运算、显示存储及通信控制,PLC执行相关程序算法对频率搜索跟踪、输出控制,完成叶片疲劳加载测试过程。试验结果表明:疲劳加载系统具有足够的安全性和可靠性,达到了较好的控制效果,降低了设备成本,为风电叶片检测与分析提供一种的实用手段。

风力机叶片结构参数敏感性分析及优化设计

以某1.5 MW风力机叶片为实例,建立叶片有限元模型,并对叶片关键结构参数进行敏感性分析。结果表明,铺层角度对叶片结构特性影响最大,主梁帽宽度及铺层厚度的影响次之,主梁帽铺层位置以及腹板布置位置的影响最小。在敏感性分析的基础上,建立以叶片质量最轻为目标函数,以主梁帽宽度、铺层数、铺层位置以及腹板布置位置为设计变量,以叶片的强度、刚度与振动性能为约束条件的优化设计数学模型,采用遗传算法与有限元法相结合的方法对叶片结构进行优化设计研究。与原设计方案相比,优化设计方案的叶片质量减轻9.8%,结构应变分布更为合理,且不会发生共振,表明优化方法合理有效。

高模量玻璃纤维在2MW风机叶片上的应用

本文通过对2MW风机叶片的载荷进行分析,从合理选材的角度,把改进增强材料的性能作为提高叶片抗弯刚度的主要途径,结合质量设计,给出了材料主要测试数据,通过使用FOCUS软件进行载荷分析、结构静强度分析,对高模量玻璃纤维做为梁帽增强材料的可行性进行了验证,试验结果表明:采用高模量玻璃纤维单向布与普通玻璃纤维相比,梁帽质量降低了21.2%,整个叶片质量降低了8.3%,效果显著。

基于Hilbert变换的双馈风力发电机叶轮质量不平衡故障特性分析

叶轮质量不平衡是风力发电机组常见的故障之一,现有分析方法是基于轮毂处的平均风速开展,没有考虑风剪塔影效应引起的风速时空分布对故障特征的影响。该文提出并研究考虑风速时空分布的叶轮质量不平衡故障特征分析。首先,对故障特性进行理论分析,使用dq坐标变换推导得到考虑风剪切和塔影效应后叶轮质量不平衡故障下转子角速度及定、转子电流的解析表达,分析其变化特性。然后,在Matlab/Simulink搭建双馈风力发电机模型及等效风速模型,使用Hilbert解调方法提取电气信号特征频率,以验证解析推导的正确性。结果表明,考虑风速时空分布以及风剪切、塔影效应的影响后,叶轮质量不平衡故障将导致转子角速度中存在1倍及3i(i=1,2,…,n)倍转频,定、转子电流中存在1倍及3i倍转频的调制频率,其中,3i倍频是由风速时空分布造成的。

基于拓扑与尺寸优化的风力机叶片轻量化设计

为有效减轻风力机叶片质量,进一步实现降本增效,对叶片内部结构进行拓扑优化与尺寸优化设计.首先以叶片内部单元密度为设计变量,将叶片柔顺度最小作为目标,并以结构体积为约束条件,考虑3种极限荷载工况,利用ANSYS软件对叶片内部实体结构进行拓扑优化;然后根据拓扑优化结果结合实际叶片内部材料铺层情况建立叶片壳体模型,以关键结构参数为设计变量,以叶片质量最轻为目标,叶片强度、刚度、振动性能及稳定性等为约束,采用MATLAB和ANSYS软件对叶片内部结构进行尺寸优化.拓扑优化结果表明,对叶片传统结构形式进行适当改进,可有效改善叶片结构性能;尺寸优化结果表明,基于拓扑优化结果的改进结构优化方案与初始方案相比质量减轻了12.4%,与传统结构优化方案相比质量减轻了2.6%,较好地实现了叶片轻量化.

一种研究风轮叶片固有频率的方法

提高风轮叶片挥舞频率以避免风机运行时发生共振问题,是叶片铺层设计的一个重要环节。本文在风轮叶片铺层设计实践的基础上提出了一种研究复合材料风轮叶片频率的方法,给出了该方法的理论基础,并通过一个风轮叶片铺层实例说明了该方法的具体实施过程,验证了其可行性和可靠性。该方法能够定量地表征叶片每个截面的铺层方案对叶片频率的影响,可指导叶片铺层设计者如何更快找到调整叶片铺层的最优方案,从而更有效地提高叶片挥舞频率。

风力机叶片平面内振动的准滑模控制

为了减小风力机叶片在过大风荷载作用下平面内振动位移,选取在叶片内安装新型电磁惯性质量阻尼器控制叶片过大振动效应,采用含饱和函数指数趋近律的准滑模控制算法来计算最优控制力,并设计相应的半主动控制策略。采用NREL-5 MW风力发电机组进行建模和数值仿真分析,结果表明:准滑模控制状态下叶尖位移响应较未受控状态下明显减小;半主动控制状态下叶尖位移响应接近于主动控制状态下位移响应;结构参数不确定情况下,准滑模控制算法具有较强的鲁棒性。

双馈风力机组传动链扭矩间接估算方法

针对双馈风力发电机组,首先建立基于电功率的电磁转矩计算模型,然后将风力发电机叶片、低速轴、齿轮箱、高速轴、转子组成的旋转系统等效为二质量块-弹簧模型以建立风力机传动链等效模型,最后建立3种传动链扭矩逆模型并仿真比较其优缺点。

风电叶片配重自动计算系统的开发研究

介绍了风电叶片配重的工艺要求,并对风电叶片的配重自动计算进行了构建,并最终通过Excel的宏代码进行了编程,实现输入三支叶片的各吊点质量后,点击自动计算按钮便可快速精准计算配重目标,为实现风电叶片配重计算提供了一个新思路。

基于数据表插值求解的风电叶片质量计算方法

由FOCUS得到叶片截面单位长度质量分布。通过正交试验构建与弦长、翼型相对厚度、主梁宽度、主梁铺层层数相对应的数据库。通过各截面弦长、翼型相对厚度、主梁宽度、主梁铺层层数在数据库中对截面的单位长度质量进行搜索插值,得到截面单位质量,再积分得到叶片的总质量。以5.8 MW,85 m叶片为例,给定叶片几何参数,在数据库中进行插值,求解叶片总质量。