风能发电机整机及关键部件动力学分析与研究

【摘要】：风能发电机是利用风能驱动发电机,将机械能转化为电能的大型机组。经过20年的发展,我国已在该领域处于领水平。 本文利用UG,ANSYS等软件对风能发电机整机、关键部件进行了动力学分析与研究,将动力学分析方法与有限元分析软件结合起来,验证了实验数据的合理性。具体内容有： 1、风能发电机整机动力学分析。采用动力学软件FASTC(美国可再生能源实验室(NREL)开发)中提供的自由度模型,建立FAST线性化动力学方程,采用假设模态法建立风能发电机的结构动力学模型。 2、风能发电机整机动态特性分析。风能发电机的大型化使叶片和塔架的柔性不断增强,结构之间的耦合作用不可避免,加上风速的随机性等环境因素的作用,风能发电机多体系统结构的动态响应变得更加复杂。本部分主要针对风能发电机的多体系统动力学特性进行研究。 3、风能发电机叶片动力学分析。把风能发电机叶片看成是细长悬臂梁,因此可以用ANSYS程序中的柔性动力分析模块。该模块是用来计算在交变载荷作用下柔性体结构的响应,即由于耦合载荷作用使得风能发电机叶片的加速度、变形量在任意时刻都是变化的。还可分析出随时间变化的叶根的力和扭矩,这些力和扭矩为轮毂的进一步分析提供了理论数据。 4、风能发电机塔架动力学分析。风载荷对风能发电机塔架结构的作用由于其在空间和时间上的多变性变得更加复杂。本部分的整体模型是基于塔架顶端自由底端考虑基础刚度弹性约束模型与顶端自由底端固定所建立的,计算固有频率和振型,考察塔架动态特性受塔底基础刚度和塔顶机头质量的影响,分析风载荷对塔架的动态响应,为今后进一步研究风能发电机塔架结构提供依据。 5、风能发电机传动系统动力学分析。传动系统是风能发电机的重要组成部分,其性能的优劣在一定程度上决定着风能发电机能否正常运行。本部分将UG、ADAMS、ANSYS、ROMAX等软件有机的结合起来,充分发挥各软件的优势,研究及设计分析风能发电机传动系统的动力学情况。 本文对风能发电机的整机及关键部件进行了动力学分析与研究。对风能发电机整机进行了建模和动力学分析,然后对风能发电机关键部件即叶片、塔架和传动系统进行了动力学分析,得到了相关的结论。为今后风能发电机系统的科学设计,整机、关键部件的故障预测评估提供了理论支持。 【关键词】：风能发电机 叶片 塔架 传动系统 动力学分析
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-25
• 1.1 引言9
• 1.2 国内外研究现状9-16
• 1.3 存在的问题及课题的提出16-22
• 1.4 课题来源及本文主要工作22-23
• 1.5 全文组织结构23-25
• 2 风能发电机整机的动力学分析25-33
• 2.1 引言25
• 2.2 基于假设模态法的风能发电机动力学模型建立25-27
• 2.3 FAST线性化模型建立27-32
• 2.4 本章小结32-33
• 3 风能发电机整机动态特性研究33-50
• 3.1 引言33
• 3.2 风能发电机多体系统建模33-35
• 3.3 风场模型与阻尼系数35-37
• 3.4 风轮塔架系统振动特性研究37-43
• 3.5 风激励下系统的动态响应分析43-49
• 3.6 本章小结49-50
• 4 风能发电机叶片动力学分析50-58
• 4.1 引言50
• 4.2 三维模型的建立与网格划分50-51
• 4.3 风机叶片载荷51-54
• 4.4 风机叶片柔性动力分析54-57
• 4.5 本章小结57-58
• 5 风能发电机塔架动力学分析58-70
• 5.1 引言58
• 5.2 塔架固有频率理论计算58-59
• 5.3 结构动力学中的有限元59-61
• 5.4 塔架的模态分析61-65
• 5.5 塔架的响应分析65-68
• 5.6 比较与讨论68-69
• 5.7 本章小结69-70
• 6 风能发电机传动系统动力学分析70-100
• 6.1 引言70
• 6.2 传动系统结构形式70-72
• 6.3 增速齿轮箱的建模及设计72-76
• 6.4 传动系统动态性能分析理论基础76-81
• 6.5 风能发电机传动系统的动态性能分析81-99
• 6.6 本章小结99-100
• 7 总结与展望100-102
• 7.1 全文工作总结100-101
• 7.2 工作展望101-102
• 参考文献102-109
• A. 作者在攻读博士学位期间发表学术论文情况109-110
• B. 作者在攻读博士学位期间参加的科研项目110-111
• 致谢111-113

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