双馈型风电机组传动链降载控制技术研究与仿真

为定量研究双馈型风力发电机组传动链的扭振控制,提出了一种基于卡尔曼滤波的反馈控制策略,并通过仿真计算的方式对比了传动链扭振的控制效果。以7.0 MW双馈型风力发电机组传动链为研究对象,采用卡尔曼滤波估计传动链扭振角度,并以低速轴扭振速度估计值为参考设计了发电机附加电磁转矩作用于风电机组转矩控制,与虚拟阻尼控制、无阻尼控制进行了20年全生命周期内的载荷与发电量计算对比。结果表明:经过卡尔曼滤波估计的低速轴扭角与实际值的相关性可以达到0.99;基于卡尔曼滤波的反馈控制分别与虚拟阻尼控制、无阻尼控制的关键差异为,传动链低速轴等效疲劳载荷分别降低2.11%、4.89%,传动链高速轴等效疲劳载荷分别降低1.99%、4.78%,发电量分别降低200、700 k W·h。卡尔曼滤波对传动链扭角估计较准确,且以卡尔曼滤波估计得到的低速轴扭振速度设计的附加电磁转矩对传动链扭振具有非常好的抑制效果。

±800kV与500kV混压大跨越钢管混凝土塔等效风荷载分析

大跨越钢管混凝土塔相比于普通钢管塔存在质量、刚度突变的特点。为探究钢管混凝土塔和钢管塔在风荷载作用下的响应规律及设计风荷载的取值,该文以实际工程为例,通过有限元模拟分析了两种塔型的动力特性和风振响应,并将等效静力风荷载与规范结果进行比较。结果表明:钢管混凝土塔的刚度明显高于钢管塔,且前几阶频率相对密集,振型间相互耦合明显;按规范等效风荷载的结构响应大于时程分析响应极值;按规范计算的钢管混凝土塔风振系数在灌入混凝土顶部附近存在突变;钢管混凝土塔顶部位移、加速度响应明显小于钢管塔,且钢管混凝土塔的脉动响应下降更为明显。

变截面脱硫塔风振效应及等效风荷载研究

变截面是工程设计中常见的结构类型,此类结构风效应在现行规范中受到的关注较少,规定仍较为粗糙。以某高耸脱硫塔为研究对象,综合时、频域数值仿真,详细研究圆柱形分段变截面高耸结构顺、横风向的风致动力响应特性,探讨了横风向涡激共振的判定及计算方法,对比分析变截面圆柱结构常见等效静力风荷载计算方法的差异及结果的可靠性。研究表明,结构第1阶模态是圆柱形变截面脱硫塔风效应的控制振型;应重点关注此类结构上部涡激振动对横风向响应的贡献;鉴于脱硫塔风致振动以共振响应为主,采用惯性力法或三分量(平均、背景和共振)法计算等效风荷载更符合实际分布规律。时、频域分析结果与我国现行规范《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)计算结果吻合较好,可为分段式变截面高耸结构精细化风振效应研究提供工程参考和依据。

高层建筑中高耸结构风振控制等效设计

在常规的风振控制等效设计中,我国现有技术标准对高层建筑中高耸结构的风振响应计算时仍然存在较大偏差,由于选择刚性结构搭建建筑框架,使得其结构会受到较高风载荷,从而导致风振受力过高等问题。为了准确计算高耸结构的风振响应,将结构脉动响应分为背景部分和共振部分的基础上,选择振动控制作为设计基础以确定其结构应力,通过阵风因子法和荷载组合法分析高耸结构的顺风向风振响应,在风振控制的荷载中实现了对风速的变化模拟。最后,再对高耸结构开展实例分析并对计算结果进行了比较,结果表明,文中研究的设计方法的特点和适用范围比传统控制方法的风振力等比减小15%~18%,具有较为突出的风振控制优势。

武汉某超高层住宅风荷载设计及风洞试验对比分析

对于高度超过150m且高宽比较大以及结构深宽比超过2的超高层建筑,由于《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)对该类建筑的横风向风荷载计算缺乏相应的规定,因此荷载规范要求宜采用风洞试验进行补充验算。本项目采用目前国内外广泛应用的高频测力天平技术对武汉某183m高超高层剪力墙结构住宅建筑的模型进行了风洞试验,分析了结构的风振响应,并给出了该建筑物在不同风向角的风荷载作用下产生的基底反力和顶部加速度。将试验等效风荷载结果与按照荷载规范公式计算得到的结果进行对比分析,指出按照荷载规范公式进行结构抗风设计可能存在的问题,在结构设计中必要时可采用风洞试验对荷载规范进行补充验算以保证结构抗风设计的安全性。

高烟囱横风向荷载规范条文的修正建议

高烟囱因涡激共振而发生破坏的案例屡见不鲜,大量研究表明,规范计算结果与现场实测结果有显著差异,在一定程度上反映了相关规范的不足。针对这一问题,本文对比分析不同国家规范在计算高烟囱横风向等效风荷载过程中对关键参数的取值差异,并基于大量现场实测结果的统计分析,对中国规范等效风荷载计算方法中一些关键参数的取值给出了初步修正建议。最后将修正算法的计算结果与大量实测结果进行对比,证实了修正后的计算结果与实测结果更为吻合。本研究可为相关规范条文的完善和修订提供参考。

北京首都机场3号航站楼风荷载和响应研究

介绍了超大跨度屋盖结构———北京首都机场 3号航站楼的模型风洞试验概况和主要结果 ,给出了屋面在最不利工况下的分块体型系数 ,清楚地显示了屋面的风压分布特征。采用考虑多模态及模态间耦合效应的CQC法计算结构风振响应 。

随机风载荷对双馈风电机组轴系扭振响应分析

考虑到风电机组柔性传动链在风速持续扰动中易产生机组扭振,研究随机风载荷作用下双馈风电机组扭振响应、扭振传递规律及关键部件的影响程度。首先,考虑叶片、齿轮箱和发电机等关键部件,采用集中质量法,建立双馈风电机组传动链等效3质量块模型。其次,基于小信号分析法对柔性传动链的扭振模态、扭振频率及参与因子进行分析,获取其模态振型图。最后,基于Simulink软件平台,建立考虑随机风载荷作用和传动链柔性的双馈风电机组时域仿真模型,仿真分析在亚同步、超同步工况下的机组轴系扭振响应,并与理想风载荷作用效果进行比较。结果表明:与理想风载荷相比,随机风载荷作用对机组传动链轴系扭振响应影响明显,且在超同步或亚同步运行时,影响扭振的关键部件为发电机转子。

张拉式膜结构抗风设计

抗风设计一直是膜结构设计中的核心问题和难点问题。以Davenport提出的阵风荷载因子法为基础,结合张拉式膜结构的风振响应特点,提出一系列改进措施,初步建立了一种适用于张拉式膜结构抗风设计的实用化方法。采用随机模拟时程分析方法对几种典型形状的张拉式膜结构进行了较为系统的风致动力响应参数分析,总结了结构风振响应的规律。并在此基础上,依据提出的抗风设计方法给出了可供设计人员参考的风振系数取值。

新型四管自立式钢烟囱的风荷载

为了解烟囱风荷载的分布特性,将风洞试验与理论分析相结合,对高240 m新型四管自立式钢烟囱的风荷载进行研究.采用大尺度刚性物理模型,在中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所的8 m×6 m风洞工业试验段边界层流场中,完成大尺度刚性模型表面压力测量风洞试验.试验获得了结构风压及体型系数分布基本规律,依据我国规范的惯性风荷载法及国外的阵风荷载因子法,计算了等效风荷载及风振系数.结果表明,结构各柱体剖面压力系数沿高度分布规律近似,但柱体间相互干扰效应明显,在风向角为60°时,整体体型系数最大,最大值为0.663,顺风向等效风荷载与平均风荷载相当.

超大型冷却塔等效静风荷载精细化计算及应用

在模态加速度法和荷载-响应相关法的基础上,推导出超大型冷却塔等效静力风荷载(简称ESWLs)的精细化计算方法,提出用于补偿背景和共振交叉项的一致耦合方法(consistent coupled method,简称CCM)来求解结构ESWLs。该方法采用统一理论进行背景、共振和交叉项3个分量的求解,能完全考虑各共振模态之间、共振和背景模态之间的耦合效应,并赋予背景与共振交叉项ESWLs分量以明确的物理意义。以内陆某核电超大型冷却塔(塔高215m)为例,采用CCM方法进行ESWLs计算,探讨了ESWLs平均、背景、共振和交叉项分量的分布特征,并结合规范条款对比分析了超大型冷却塔风振系数的数值和分布特征,为超大型冷却塔结构设计和抗风安全性提供参考。

大跨干煤棚网壳风振时程分析和等效静风荷载研究

以某热电厂大跨干煤棚网壳工程项目为背景,对开敞干煤棚网壳结构进行风洞测压试验。基于风洞测压试验所得的脉动风荷载时程数据,开展大跨干煤棚网壳风振时程分析。分析不同风向角下是否堆煤对该开敞干煤棚网壳结构风振响应的影响。研究了基于时程计算结果的大跨屋盖结构等效静风荷载计算方法,分析比较几种常用的风振系数计算公式及其与峰值因子的关系。研究结果表明:考虑Weibull分布峰值因子的局部轴力风振系数能够用于确定合理有效的等效静力风荷载,实现大跨干煤棚网壳结构风振响应的静力等效,且便于工程应用。

大跨结构抗风研究现状及展望

大跨结构是典型的风敏感结构,风荷载和风致振动常常是控制结构安全性的主要因素.本文系统回顾了国内外大跨结构抗风研究领域的进展,主要涉及风洞试验、大跨结构气动弹性模型、风振系数、等效静风荷载、风致响应等方面,并对存在的不足以及进一步研究的方向提出建议.

大跨度拱桥的等效风荷载

基于一些大跨度拱桥的工程实例,采用分段评估方法研究了典型拱肋的静力风荷载,采用惯性荷载法分析了抖振和涡振的等效静力风荷载,并对拱肋和主梁分别进行了总风荷载的综合评估.结果表明:分段评估方法用于计算拱肋的静力风荷载是合理实用的;提出的雷诺数效应修正公式有助于预测包含圆截面构件拱肋的原型拱桥的静力风荷载;采取不同的等效风荷载组合形式分析和评估了大跨度拱桥不同构件的风荷载效应.

内、外混合激励下风力机主传动系的扭振响应分析

针对某1.5兆瓦双馈风力发电机组,采用集中质量法建立了其主传动链的平移-扭转耦合动力学模型,通过傅里叶级数模拟各齿副的时变啮合刚度,并综合考虑轴承支撑刚度、轴的扭转刚度等内部激励,以及时变风速引起的叶轮扭矩激励,仿真获得了各级传动齿轮的扭转振动响应特征。结果发现,各齿轮副的啮合频率在扭振响应谱中均清晰可见,数值与施加的刚度激励相吻合,表明仿真结果真实、可信。通过对比各级齿轮的响应幅值和变化趋势,发现风力机的结构振动由低速级向高速级逐渐增大,其中以高速轴齿轮的扭振响应最为突出。

新、旧《建筑结构荷载规范》中高层建筑风荷载的对比研究

风荷载是新规范修订的主要内容之一,列出了对高层建筑风荷载有影响的计算公式和参数。数值算例结果表明：与旧规范相比,新规范高层建筑顺风向平均风荷载减小,但风振系数增大,A、B类地貌,基底剪力分别增大3.4%-5.2%、3.6%-8.0%,高度达到400m时,C类地貌基底剪力基本持平,D类地貌基底剪力减小4.7%。考虑风荷载组合工况,A—C类地貌,新规范基底总剪力比旧规范顺风向基底剪力增大,D类地貌在建筑高度为105-260m时总剪力减小,最大减小值为旧规范计算值的2.9%。

超高层建筑的风振响应及等效静风荷载研究

为避免中国现行《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2001)中所采用的风振系数仅考虑结构的1阶振型,而不考虑周围环境影响对体型不规则超高层建筑结构抗风设计造成的不合理性,采用风洞试验与风振动力响应计算分析相结合的方法,考虑结构不规则的影响以及相邻建筑的气动干扰和横风效应来获得超高层建筑结构抗风设计所需的顺风向和横风向的等效静风荷载和风致动力响应。结果表明:由于周围建筑的干扰,顺风向、横风向的风荷载规律与一般超高层建筑不同,其不利角度也与规范存在差异;所得结论为超高层建筑结构的抗风设计提供了依据和参考。

开关门窗对大跨曲面屋盖风致振动的影响

以某大跨曲面屋盖为工程实例,对其进行了开关门窗两种工况下的测压风洞试验,并采用ANSYS的APDL语言开发了大跨曲面屋盖风振系数和等效静风荷载的新型计算模块,进而将计算结果以云图形式直观地展现,并可迅速地为初步设计提供结构风振敏感部位。研究表明:①开关门窗会改变风振系数和等效静力风荷载的峰值大小,但不改变风向角对它们的影响规律;②门窗开关不会对大跨曲面屋盖的主体钢架的位移峰值产生较大影响;③门窗关闭时,大跨曲面屋盖的风致振动以水平向为主,而门窗开启后,结构的内外压力差有显著变化,使结构风致振动以竖向为主。

基于气弹模型试验的高耸结构随机风振等效静力风荷载

给出了基于高耸结构气弹模型试验的有限截面风振位移和加速度响应测量结果推算任意结构层位移和加速度响应的最小二乘方法。采用简化的串联多质点系力学模型推导了基于高耸结构气动弹性模型试验的整截面风振内力的计算方法,进一步提出基于气弹模型试验结果的按各结构层整截面风振内力等效的多模态综合等效静力风荷载的最小二乘计算方法。作为实例,以某高耸电视塔为例说明了所提出的多模态综合等效静力风荷载计算方法的可行性和可靠性。

组合网壳屋盖结构风振响应分析及等效静风荷载

结合惠州会议展览中心风洞试验结果,对波浪形组合网壳结构的风荷载和风振响应进行了分析,包括:24个风向角下屋盖荷载分布特性分析;结构整体和局部的自振特性分析;根据风洞试验结果对6个风向角(0°、30°、45°、90°、135°和180°)进行结构的风致动力响应分析。根据风振响应分析结果,基于响应的不同振动特点,提出将屋盖结构分为独立屋盖结构、屋盖结构两端挑棚结构和整体屋盖结构3个部分,指出对这3部分最不利的风向角分别为0°、30°、90°。最后综合考虑各个风向角下结构的响应及风振系数,给出了最终的风振系数建议值。