大型风电叶片拉挤复合材料研究进展

随着风电叶片的大型化,对复合材料性能的要求越来越高。近年来,拉挤复合材料在风电叶片上成功应用,这是风电叶片制造工艺几十年发展历程的一个新的里程碑。拉挤复合材料具有更高的力学性能与生产效率及更低的制造成本,在制造风电叶片主承力梁帽时,拉挤工艺几乎完全取代了使用了20多年的真空灌注工艺。为了梳理风电领域拉挤复合材料的研究进展,本文从拉挤板用原材料、拉挤板力学性能、拉挤板缺陷检测技术以及拉挤板梁帽灌注工艺方面综述了风电领域拉挤复合材料的专利申请与研究进展,旨在为复合材料与叶片领域后续研究提供参考。

海上风电倾斜螺旋群桩基础适用性分析

根据实际工程数据,通过有限元软件进行倾斜螺旋群桩基础与传统高桩承台群桩的设计与选型,并对二者在多种荷载工况的承载特性进行定量对比分析。结果表明:在承载性能方面,螺旋群桩基础竖向承载性能以及抗侧刚度都明显优于普通群桩,在相同的荷载情况下,结构位移和变形都相对很小;从经济指标来看,相同用钢量下,螺旋桩高桩承台基础倾斜率和沉降变形均能满足设计要求,而普通桩高桩承台基础均无法满足,若要满足使用要求需要付出更大的代价,综合经济和工程性能考虑,倾斜螺旋群桩基础是更理想的选择。

海上风电打桩系统动力学建模与冲击动力特性分析

基于LS-DYNA建立3500 kJ海上风电打桩系统拒桩工况下的有限元模型,基于应力波原理分析打桩系统内部能量的传递和各部件的动力学响应。同时基于牛顿碰撞理论建立打桩系统的集中参数模型,该模型综合考虑各部件的质量和刚度,和有限元模型的分析结果较吻合。从而在该集中参数模型的基础上,分别分析替打刚度、替打和锤质量比、替打环刚度对打桩系统冲击力的影响规律,表明冲击力的主要影响参数为替打刚度。

悬浮焙烧炉内嵌逆流柱型风帽阻力特性研究

采用床层压降—气量法,系统地开展了内嵌逆流柱型风帽在悬浮焙烧炉运行过程中的阻力特性研究。通过冷态实验探索了风帽数量以及风帽芯帽管小孔数量对内嵌逆流柱型风帽布风装置阻力特性的影响,并根据相似理论推导出不同温度条件下内嵌逆流柱型风帽的阻力特性。结果表明:内嵌逆流柱型风帽布风装置的阻力随着风帽数量和风帽芯管小孔数量的增多而减小,颗粒临界风量随着矿石颗粒粒度的增大而增大,而矿石床层高度对临界风量的影响较小,研究结果为悬浮焙烧炉工业化生产过程中操作参数的设计及优化提供了理论和数据支撑。

风电叶片拉挤梁帽真空灌注成型工艺数值优化

采用数值仿真方法建立拉挤梁帽真空灌注成型工艺的优化流程,分析了工艺参数对成型效率和质量的影响。首先,实验测定纤维增强织物的渗透率、实际纤维体积分数和树脂的流变性。其次,采用收敛性分析方法对梁帽的数值模型进行优化,兼顾了仿真精度和效率。最后,研究了拉挤板排列间距和模腔内的残余空气压强对成型过程的影响。结果表明:仿真结果与全尺寸实验的偏差小于7%,拉挤板排列间距为0.3 mm时充模效率最高,残余空气压强小于4000 Pa时产品孔隙率小于2%,证明了数值优化方法的可行性和准确性。

基于BESO算法的高桩承台式水平轴风力机支撑结构优化

研究大型水平轴风力机塔筒的合理支撑结构形式对风力发电结构系统安全至关重要.针对高桩承台式水平轴风力机,基于反比例型删除率的双向渐进结构优化(BESO)算法,拓扑优化风力机塔筒结构,根据计算流体动力学方法和桩土相互作用原理,建立考虑桩土作用的风力机结构风致动力响应数值模型,比较分析优化前后风力机结构动力响应特性,验证结构优化方法的可靠性.经拓扑优化得到新的高桩承台水平轴风力机支撑结构,相较于初始结构,优化后的支撑结构风致动力响应显著降低,成果可为高桩承台式水平轴风力机支撑结构设计优化提供技术参考.

冬奥张家口赛区一次冷池过程的观测分析

利用冬奥张家口赛区系留汽艇探空、激光雷达和加密冬奥地面观测等新资料,以及ERA5再分析资料,对2020年1月15—16日的冷池(CAP)过程进行了场外观测,分析了冷池的温度、湿度、风场三维结构,构建了冷池建立、发展、维持、消散过程的概念模型。结果表明:此次冷池过程发生在弱高压脊控制、中层增暖、高空风速明显减小、天空少云、近地层微风的静稳天气背景下。冷池自傍晚日落开始逐渐建立,此时大气层结为中性,山谷东西两侧山坡形成较强下坡风携带冷空气在谷底堆积辐合产生上升气流,取代谷底原来的暖空气并将其抬升,逆温形成并快速向上发展,半夜前后,即日落约4~5 h后,冷池发展到300 m左右的高度,即山谷高度3/5处,其上300 m为等温层,即暖带。冷池在发展过程中,在逆温层下出现明显的东西风切变层,随着逆温层顶的不断升高,风切变层也逐渐抬高。午夜到日出前,冷池进入稳定维持期,逆温层顶高度和温度变化不大,冷池底部温度继续缓慢下降,此阶段下坡风和下谷风已不能渗透到谷底,降温主要是长波辐射降温。日出后4 h左右冷池消散,首先太阳加热山谷西坡,导致山谷中高层快速升温,之后随着太阳高度角升高,山谷东西侧山坡出现上坡风及上谷风,将谷底冷空气向东西两侧坡面及谷外输送,山谷中高层暖空气下沉,对流边界层下降,逆温自上而下消散,这和平原地区逆温自下而上消失有明显的差别。

海上风电风机PHC群桩高桩承台基础施工技术研究

文中以PHC群桩高桩承台基础的越南某海上风电工程项目为例,重点阐述了PHC群桩高桩承台基础技术优势、结构布置和特点,详细描述了PHC群桩高桩承台的施工方法和要点。该基础型式具有承载力高,沉降量小,均匀、防腐耐久性能好等技术优点,该研究对PHC群桩高桩承台基础在海上风电中的施工技术具有指导意义。

某近海风电场风机基础选型设计

[目的]自2022年起,海上风电的国家补贴将全面退出。海上风电机组基础是风电机组的支撑结构,对海上风电场的安全运行起着至关重要的作用。在平价上网、“30·60”双碳目标和国家“十四五”能源规划等政策的指导下,合理地选择、设计海上风电机组基础,是海上风电场降本增效的有效手段。[方法]文章以某近海风电场风机基础选型设计为例,综合国内海上风电场的建设经验,进行基础型式比选;首先选择单桩基础、导管架基础和高桩承台基础3种基础型式进行初选,然后结合该近海风电场的海洋水文和地质条件,分析不同风机基础型式的适用水深及优缺点,从结构安全性、施工可行性、工期及工程经济性等方面进行了综合比选。[结果]研究表明:风机基础型式的选择与水深、土层地质条件、风电机组固有频率、施工安装设备能力、施工工期、工程造价等几个因素有关。单桩基础结构型式优良、施工可行、工期最短、经济性最优,优势明显。[结论]推荐该近海风电场风机基础采用单桩基础方案。

鼓泡流化床风帽压力波动特性分析

提出通过采集、分析流化床风帽压力波动信号的方法,实现对床内气固两相流状态监测。借助冷态鼓泡流化床实验台,对不同床层表观气速、不同床料粒径分布和不同静床高工况下采集到的风帽压力波动信号,进行小波分析,计算小波分解后不同频段重构信号的能量值及其占总能量的比值,采用Welch法对信号进行功率谱估计并获取信号的主频,分析运行工况变化对鼓泡流化床风帽压力波动特性的影响。结果发现,风帽压力波动信号低频信号的变化能够反映流化床运行工况变化时的气固流动状态变化,表明所提方法具有可行性,并可为进一步研究循环流化床风帽压力波动特性提供理论基础。

鼓泡流化床风帽压力信号的频谱分析

在鼓泡流化床冷态试验台上,采集不同风帽入口的压力信号.基于Matlab软件,利用自相关函数的傅里叶变换对采集的信号进行频谱分析,得到信号主频的分布范围以及对应的功率谱密度,分析了不同静床高和不同表观气速下布风板中心、边壁风帽的压力波动特性.结果表明：风帽入口压力信号的频谱变化与静床高和表观气速的变化密切相关,且压力波动信号的主频集中在0~10 Hz的范围,可为风帽压力信号的测点布置和采样频率的设置提供参考.

L型定向风帽流化床中气-固流动的离散元素法模拟及可视化研究(英文)

该文采用离散元素法DEM模型对二维L型定向风帽流化床中的气-固流动特性进行模拟。欧拉方法与拉格朗日方法分别用来处理气相场与离散的颗粒场。气相流动通过求解局部平均Navier-Stokes方程获得,通过求解牛顿第二定律得到颗粒的运动,同时考虑颗粒之间的碰撞。模拟结果表明,在L型定向风帽流化床中,颗粒存在顺时针方向的循环流动,因此床料的横向混合特性较好。通过可视化试验观察到:气泡离开风帽后,在向上运动过程中有横向的偏移,因此气泡尾涡中的颗粒也跟随气泡做横向的偏移。这是影响L型定向风帽流化床中颗粒内循环的主要因素。

基于风帽压力波动的横截面位置对循环流化床气固流动影响研究

提出利用采集、分析床内横截面方向不同位置风帽压力波动信号的方法,实现对循环流化床内横截面方向上气固两相流动状态的监测。借助冷态循环流化床实验台,在不同一次风表观气速条件下,同时测量床内横截面方向不同位置风帽的入口压力波动信号。采用标准差、小波分析和均匀指数等方法对风帽压力波动信号进行分析,得到信号的特征参数。然后基于横截面方向不同位置风帽的压力信号特征参数随一次风表观气速的变化规律,研究床内横截面位置对床内气固流态化特征的影响。结果发现,床内横截面方向不同位置风帽的压力信号特征参数能反映循环流化床一次风表观气速变化引起的床内横截面方向上气固流动状态的变化,表明所提方法具有可行性,并可为基于风帽压力波动特性的大截面循环流化床的状态监测建立理论基础。

内嵌逆流柱型风帽阻力特性冷态试验研究

基于660 MW循环流化床(CFB)锅炉原型风帽,结合冷态试验与理论分析,研究了内嵌逆流柱型风帽的结构尺度、风帽局部阻力分配特性、背压及多风帽布置方式对风帽阻力的影响.基于大量试验数据,结合Levenberg-Marquardt(LM)算法和通用全局优化算法,获得了风帽阻力计算模型.结果表明:风帽阻力除了与风速有关外,还与风帽的结构尺度有关;在风帽局部(如芯管、风帽头小孔、环缝、折转处和芯管小孔)阻力分配中,芯管小孔风速的影响最为显著;风帽阻力随着背压的升高呈单调减小趋势,多风帽布置方式对其阻力的影响不明显;通过该模型计算得到的风帽阻力计算值与试验值基本吻合.

循环流化床风帽压力波动信号小波消噪分析

压力波动现象是研究循环流化床气固两相流动特性的重要线索。提出了通过采集循环流化床风帽入口的压力波动信号,并利用小波分析理论对压力波动信号进行消噪处理。深入探讨了循环流化床在稳定运行工况和扰动工况下风帽压力波动信号的消噪结果。结果表明:基于小波分析的信号消噪方法,能很好地对循环流化床风帽压力波动信号进行有效的消噪。

桩基承台结构的波流力研究进展

我国近海风电场建设大多采用桩基承台结构.总结了不规则波浪和水流共同作用下桩基承台结构的波流力物理模型实验结果,得到了群桩效应系数及其变化规律,讨论了作用于近水面承台底部的波浪拍击力;从理论上分析了规则波作用下承台对桩基波浪力的影响;建立了规则波与桩基承台相互作用的数值模型,揭示了波浪在承台的上浪与爬高及其水动力特征.鉴于桩基承台结构包含多个斜桩和较大尺度的承台,在波浪与水流作用下该结构物附近的流场结构十分复杂,有必要针对结构附近的流动结构以及自由表面大变形开展细致的实验和数值模拟研究,以进一步揭示作用于这类结构的波流力变化规律及其机理.

鼓泡流化床风帽压力信号的小波多分辨率分析

提出通过采集流化床风帽压力信号的方法,实现对流化床内气固两相流动的状态监测.利用冷态鼓泡流化床试验台,在不同表观气速、静床高以及加料放料扰动的工况下,采集风帽压力信号并对其进行小波多分辨率分析.结果表明:低频信号pa3的变化能够很好地反映流化床内不同运行工况时的气固流动状态的变化;采用合适的方法对风帽压力信号进行分析处理,可以找到反映流化床内气固流动状态的本质特征参数;基于风帽压力信号的流化床状态监测,可很好地避免压力测点损坏的影响.

海上风电机组多桩承台基础结构设计与参数优化分析

针对适用于软土海床地基条件的近海风电机组多桩承台基础结构型式,依据相关规范及工程经验,确定多桩承台基础结构尺寸设计原则,分析基础结构设计所应考虑的荷载及荷载组合方式,建立多桩承台基础结构分析模型,对基础结构设计的主要参数进行优化分析,为海上风电基础结构设计提供指导。

柔性风力机叶片主梁弯扭耦合设计

文中探讨了利用偏轴混杂纤维来实现1.5MW风力机叶片主梁弯扭耦合的设计方法,建立了弯扭耦合设计的控制系数,并就碳纤维偏轴角和碳纤维偏轴体积比对弯扭耦合系数的影响进行了分析.理论推导表明弯扭耦合效应只与铺层材料有关.仿真结果表明:采用偏轴混杂纤维梁帽或蒙皮均能达到较好的弯扭耦合性能,且梁帽的最佳设计角在20.0°左右,蒙皮的最佳设计角在13.0°左右;在纤维拉伸和压缩应变、层间切应力、层面Von Mises的约束下,碳纤维偏轴角为20.0°和碳纤维偏轴体积比为45%时的主梁静态性能最优.

海上风机高桩承台基础模态建模分析研究

为进行高桩承台基础的模态研究,采用有限元软件ANSYS建立实体单元模型、壳单元模型和管壳单元模型,得到了高桩承台基础的12阶固有频率,结果显示这3种模型的自振频率十分接近,说明采用不同的单元并不会对模态分析造成影响。通过对比发现,管壳单元模型较其他两种模型而言具有单元数量少、建模简便的优点,在进行高桩承台模态分析时,应优先考虑管壳单元的建模方式。