风电变桨减速机振动噪声控制仿真研究

【摘要】：齿轮传动装置是风力发电机组的主要振动和噪声源之一,随着风力发电机单机功率的不断提高,以及齿轮箱所处的高空支架和变载荷工况等恶劣的运行环境,对齿轮系统的设计、制造、安装等提出了更高的要求,齿轮箱的工作是否正常,将直接影响到风电机组整体正常运行,其动力学性能的研究已经成为国内外关注的热点课题。由于我国国产风电齿轮箱的振动噪声普遍比国外产品严重,因此齿轮系统的振动噪声研究便成为风电设备国产化中亟待解决的重要课题之一。 本文依托湖南某风电公司的《1.5MW风力机组变桨驱动机构技术服务研究》项目,以1.5MW风电变桨驱动行星减速机为研究对象,围绕变桨减速机的振动噪声产生机理展开研究,主要以减少振动、降低噪声、改善其动力学性能为出发点,重点考虑变桨减速机在额定工况下行星齿轮对箱体的动态激励,对变桨减速机系统进行了动力学分析、模态分析以及声学分析,并以此指导减速机箱体结构噪声的控制。本文主要做了以下工作: 对变桨减速机的传动机理进行了分析,并结合齿轮系统动力学方面的相关理论分析了变桨减速机振动噪声的产生机理,确定了变桨减速机振动噪声控制的具体研究思路。 建立起了变桨减速机的虚拟样机模型,分析求解了额定工况下变桨减速机箱体的主要激励;对减速机箱体进行了模态分析;基于动力学仿真以及模态分析结果,研究了额定工况下减速机箱体结构振动的响应情况。 利用边界元、MATV技术对变桨减速机箱体进行结构噪声预测,得出了对场点声压贡献较大的模态阶数,在此基础上制定了减速机箱体结构噪声控制方案,并对相关方案进行了仿真分析,验证了本文研究方法的可行性、有效性,进一步得出了对于结构模态频率比较稀疏的模型,非常适合采用模态声学贡献分析方法来进行研究的结论。 【关键词】：桨减速机 LMS Virtual.Lab 动力学仿真 模态分析 结构噪声预测
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM315;TB535
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 引言10-11
• 1.2 风力发电概述11-14
• 1.2.1 国内外风力发电发展现状11-12
• 1.2.2 风力发电主要噪声源12
• 1.2.3 变桨驱动概述12-14
• 1.3 齿轮系统振动噪声国内外研究发展状况14-15
• 1.3.1 国外研究发展状况14
• 1.3.2 国内研究发展状况14-15
• 1.4 本文研究思路和内容安排15-18
• 1.4.1 研究思路15-16
• 1.4.2 内容安排16-18
• 第2章 变桨减速机振动噪声产生机理18-30
• 2.1 变桨减速机传动原理18-21
• 2.1.1 变桨驱动减速机的传动系统结构分析18
• 2.1.2 变桨减速机的传动机理18-21
• 2.1.3 行星轮各齿数的验证21
• 2.2 齿轮系统动力学概述21-22
• 2.3 齿轮系统动态激励分析22-23
• 2.3.1 内部激励22-23
• 2.3.2 齿轮系统的外部激励23
• 2.4 齿轮系统振动噪声浅析23-28
• 2.4.1 齿轮系统振动模型23-26
• 2.4.2 齿轮系统振动噪声的影响因素26-27
• 2.4.3 齿轮箱噪声分类及其常规减振降噪方法27-28
• 2.5 变桨减速机振动噪声的研究内容分析28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 变桨减速机虚拟样机建模及其动力学仿真30-44
• 3.1 虚拟样机技术30-32
• 3.1.1 虚拟样机概述30-31
• 3.1.2 ADAMS 软件理论简介31-32
• 3.2 三维图形的绘制及虚拟装配32-36
• 3.2.1 减速机主要零部件三维模型的绘制32-34
• 3.2.2 虚拟装配34-36
• 3.2.3 减速机干涉分析36
• 3.3 基于ADAMS 的变桨减速机虚拟样机建模36-38
• 3.3.1 PRO/E 与ADAMS 的模型转换36-38
• 3.3.2 ADAMS 虚拟样机模型的建立38
• 3.4 模型减速比验证38-39
• 3.5 齿轮动态啮合力仿真研究39-43
• 3.5.1 接触力的定义及选择39
• 3.5.2 接触力(contact)中参数的确定39-40
• 3.5.3 齿轮动态啮合力仿真分析40-42
• 3.5.4 变桨减速机箱体主要激励求解42-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第4章 变桨减速机箱体结构模态分析及其动力响应44-58
• 4.1 相关软件简介44-45
• 4.1.1 LMS Virtual.Lab 简介44
• 4.1.2 MSC Nastran 简介44-45
• 4.2 有限元模态分析方法45-47
• 4.2.1 模态概述45-46
• 4.2.2 模态分析理论基础46
• 4.2.3 Nastran 固有特性的计算方法46-47
• 4.3 变桨减速机箱体有限元结构模态分析47-53
• 4.3.1 有限元箱体模型的建立47-49
• 4.3.2 模态分析49-53
• 4.4 减速机箱体动力响应分析53-57
• 4.4.1 结构振动响应计算方法53-54
• 4.4.2 减速机箱体结构振动响应分析54-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第5章 变桨减速机箱体结构噪声预测及控制58-70
• 5.1 数值声学的基本理论与方法58-61
• 5.1.1 声音的度量58-59
• 5.1.2 声学Helmholtz 波动方程59-60
• 5.1.3 声学有限元法60
• 5.1.4 声学边界元法60-61
• 5.2 箱体结构噪声预测61-65
• 5.2.1 ATV、MATV 理论61-62
• 5.2.2 边界元模型的建立62-63
• 5.2.3 变桨减速机箱体ATV 的计算63
• 5.2.4 基于MATV 的结构噪声预测63-65
• 5.3 箱体结构噪声分析及控制65-69
• 5.3.1 声压级模态声学贡献量分析65-67
• 5.3.2 结构噪声控制方案67-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第六章 总结与展望70-72
• 6.1 全文总结70
• 6.2 工作展望70-72
• 参考文献72-76
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文76-77
• 致谢77

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