海上风电安装设备液压系统仿真研究

【摘要】： 近年来,风电在世界范围内发展十分迅速,已成为世界各国普遍关注的新能源开发项目之一。随着风电技术逐渐由陆地转向海洋,海上风力发电已经成为新能源产业发展的新增长点。由于海上风电机组安装比较困难,目前多采用专用的运输驳船和通用大型浮式起重机作为主要施工装备进行运输和安装。设备造价高,施工工艺复杂,安装成本高。 海上风电安装设备作为根据3WM风机安装中受力方式及海上作业特点设计开发的专用设备,主要由机械系统与液压系统构成,属于大型复杂非线性系统。由于安装过程中驳船因波浪引发的摇摆运动直接影响风机与墩台的对位作业,在安装设备上加装液压摇摆调整系统可以有效减小风机与墩台的相对位移。利用常规的简化解析方法或者传统的机械动力学分析软件无法获得系统的实际动态参数。因此,本文以3MW海上风电安装设备为研究对象,研究安装设备的机液联合仿真,,根据仿真结果对液压系统进行动态设计,具有重要的应用价值。 本文给出风电设备的尺寸、重量及安装墩台形式等参数,以此确定整机的技术参数及安装流程。进行机械系统的简化,建立驳船运动的方程,利用机械动力学分析软件ADAMS创建风电安装设备整机机械动力学系统模型。构建电液伺服阀模块,进行伺服阀的封装,基于Simscape建立摇摆液压系统仿真模型,提出海上风电安装设备摇摆液压系统参数设置及控制方法；通过信号交互在Simulink环境下对海上风电安装设备进行机液联合仿真分析,通过各传感器得到系统的压力及流量,对压力随时间的变化对液压系统的影响进行分析；根据系统峰值流量的大小对液压泵进行选型,进行液压系统的动态设计。通过仿真获得获得设备整机系统的动态特性参数及相关曲线,结果可为后续的结构有限元分析与疲劳寿命评估提供基础数据。 通过结果分析,确定了液压系统最大峰值冲击压力为40MPa,工作压力为8MPa；最大流量为800L/min;分析液压管路对系统的影响,应将泵站置于平衡夹具附近；采用阀控调速系统可以满足安装过程中对摇摆位移的控制要求。 本文通过对海上风电安装设备的机液联合仿真,对基于虚拟样机技术的复杂工程机械动态机液联合仿真分析做了有意义的尝试,研究方法和思路可为类似的复杂机械系统进行相关研究提供借鉴和参考。 【关键词】：风电安装 摇摆 ADAMS Simscape 联合仿真
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 国内外海上风电的现状和发展10-11
• 1.3 国内外海上风电安装设备研究现状11-17
• 1.3.1 海上风电安装方法12
• 1.3.2 国外风力发电机安装设备介绍12-15
• 1.3.3 国内东海大桥海上风电示范项目15-17
• 1.4 论文研究意义17
• 1.5 论文研究内容17-18
• 2 3MW海上风电安装设备的原理分析18-32
• 2.1 驳船工作海况及作业状态18-20
• 2.2 风机整机、墩台概况20-23
• 2.2.1 风机整机概况20-21
• 2.2.2 安装墩台概况21-23
• 2.3 3MW海上风电安装设备简介23-30
• 2.3.1 结构组成23-25
• 2.3.2 风机安装流程25-26
• 2.3.3 系统关键技术26-30
• 2.4 本章小结30-32
• 3 机液联合仿真模型建立32-51
• 3.1 虚拟样机设计的过程32-36
• 3.1.1 虚拟样机技术32
• 3.1.2 ADAMS软件32-34
• 3.1.3 Simscape软件34-36
• 3.2 Adams机械模型建立36-41
• 3.2.1 MECHANISM/Pro的模型传送流程36-37
• 3.2.2 整机模型导入与质量属性设置37-39
• 3.2.3 机构设置与简化39-40
• 3.2.4 驳船运动方程建立40-41
• 3.3 摇摆液压系统仿真模型设计41-50
• 3.3.1 Simscape使用方法、主要模块介绍41-43
• 3.3.2 液压系统仿真模型建立43-50
• 3.4 本章小结50-51
• 4 安装过程机液联合仿真分析51-66
• 4.1 Matlab与Adams联合仿真设置51-61
• 4.1.1 仿真机械模型51-52
• 4.1.2 定义输入输出变量52-54
• 4.1.3 ADAMS/Controls设置54-55
• 4.1.4 联合仿真模型建立55-61
• 4.2 摇摆作业机液耦合仿真61-62
• 4.3 模型仿真结果分析62-65
• 4.3.1 风机位移62-63
• 4.3.2 平衡夹具受力63
• 4.3.3 液压缸行程63-64
• 4.3.4 液压缸速度64-65
• 4.4 本章小结65-66
• 5 摇摆液压系统参数设计66-71
• 5.1 系统压力66-67
• 5.2 系统流量67-69
• 5.3 管路对液压系统的影响69-70
• 5.4 本章小结70-71
• 结论71-72
• 参考文献72-74
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况74-75
• 致谢75-77

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