兆瓦级风电机组振动分析及保护

【摘要】： 能源问题是关系国民经济发展的重要问题,是当今人类生存和发展所需要解决的紧迫问题。常规能源资源有限,且造成一系列严重的大气环境问题,威胁着人类的生存和发展。因此开发利用新能源已经成为世界能源可持续发展战略的重要组成部分。风力发电是目前最具发展潜力的新能源之一,由于其清洁无污染,技术成熟,单机容量大,建设周期短,具有较好的经济效益和社会效益,受到世界各国的高度重视。 目前单机容量大型化是全球风能技术的发展趋势,国内引进和正在研制的大型风力发电机组其塔架高度和风轮直径都在好几十米,这样高大型的结构在风力作用下,要保证其安全平稳地运转,动力学问题是研制中必须解决的关键技术之一。 风力发电机组的动力学分析主要是研究系统的共振和稳定性问题,当风力发电机组在自然风条件下运行时,由于作用在风力发电机组叶片上的空气动力、惯性力和弹性力等交变载荷,就会使弹性振动体叶片和塔架产生耦合振动,如果外界激振力的频率与系统的固有频率相同时,系统就会发生共振,共振时将对机组产生强烈的破坏。因此,要排除共振,就要使系统的固有频率避开外界激振力的频率。 文中在进行了大量的调研和查阅相关资料的基础上,依托甘肃省兰州市科技攻关项目“大型风力机组检测及监测反馈控制装置”。对兆瓦级风力发电机组系统进行力学模型简化,建立了由叶片、轮毂和塔架组成的风力发电机组系统的三维模型和动力学模型。基于有限单元法动力学基本理论,分别对叶片,塔架和风力发电机组进行模态分析,分析孤立风轮叶片、塔架系统的振动特性与风力发电机组的振动特性。根据振动特性分析对风轮叶片进行动态优化设计,并设计一种大型风力发电机振动保护仪,避开振动门限值,保证风机的安全、可靠运行。 【关键词】：有限单元法 兆瓦级风力发电机组 模态分析 固有频率
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要7-8
• ABSTRACT8-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 引言10-11
• 1.2 风力发电机组现状概述11-15
• 1.2.1 国外的研究现状11-13
• 1.2.2 国内的研究现状13-15
• 1.3 风力发电机组的动态特性15-17
• 1.3.1 国外风力发电机组动力学研究现状16-17
• 1.3.2 国内风力发电机组动力学研究现状17
• 1.4 本课题的来源、研究的意义及主要研究内容17-20
• 1.4.1 课题来源17-18
• 1.4.2 课题的意义18
• 1.4.3 课题研究的主要内容18-20
• 第2章 风力发电机组动力学建模20-33
• 2.1 风力发电机组结构简介20-21
• 2.2 有限元分析理论21-25
• 2.3 有限元模型的建立理论25-28
• 2.4 有限元模型的建立28-31
• 2.4.1 叶片建模28
• 2.4.2 轮毂建模28-29
• 2.4.3 塔架建模29-31
• 2.5 ANSYS分析软件简介31-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第3章 风力机发电机组模态分析33-49
• 3.1 模态分析理论基础33-36
• 3.2 叶片和塔架的模态分析36-43
• 3.2.1 叶片模态分析36-40
• 3.2.2 塔架模态分析40-43
• 3.3 风电机组模态分析43-47
• 3.4 风电机组振动特性分析47-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 优化设计与振动保护49-57
• 4.1 优化设计理论49-50
• 4.1.1 有限元优化分析的方法49
• 4.1.2 有限元优化原理49-50
• 4.1.3 有限元优化步骤50
• 4.2 优化设计50-54
• 4.2.1 优化设计的数学模型51-52
• 4.2.2 优化设计实例52-54
• 4.3 振动保护54-56
• 4.3.1 叶片的保护分析54-55
• 4.3.2 振动保护仪的设计55-56
• 4.4 本章小结56-57
• 结论57-58
• 参考文献58-61
• 致谢61-62
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文62

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