MW級風電機組偏航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)動力學仿真分析研究.pdf

1、偏航系統(tǒng)是水平軸風力發(fā)電機組的重要組成部分，其主要作用是與控制系統(tǒng)相互配合，使風輪葉片始終處于迎風位置，提高風電機組的發(fā)電效率；同時還提供了風電機組安全運行和停機狀態(tài)所需要的鎖緊力矩。為了系統(tǒng)地研究風力發(fā)電機組偏航時的動態(tài)特性和偏航系統(tǒng)的安全性與可靠性，論文運用多體動力學方法對風力發(fā)電機偏航時的動態(tài)特性進行了仿真分析，同時還對偏航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)強度進行分析計算，驗證了偏航系統(tǒng)的安全性與可靠性。論文的研究方法為風力發(fā)電機組偏航系統(tǒng)設計與校核提

2、供了依據(jù)，具有一定的工程實用價值。
　　論文的主要研究內(nèi)容如下：
　　①研究了風力發(fā)電機組在穩(wěn)定偏航時的氣動理論，對傳統(tǒng)的動量定理和葉素動量定理進行了偏航修正，得到了普遍適用于偏航功率評價的法則和穩(wěn)定偏航時的葉素-動量理論，闡述了大型風力發(fā)電機組主動偏航系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與作用。
　?、谝罁?jù)德國船級社Germanisher Lloyd(GL)認證規(guī)范繪制風力發(fā)電機整機及偏航系統(tǒng)的拓撲圖，根據(jù)拓撲圖在SIMPACK建立了偏航系

3、統(tǒng)及整機動力學模型；在此基礎上依據(jù)自動偏航控制原理，建立自動偏航控制模型，依據(jù) IEC規(guī)定建立了偏航仿真時的風模型，實現(xiàn)了整機在偏航工況下的氣-彈-控聯(lián)合仿真。
　?、蹖︼L力發(fā)電機組偏航時的不同風況進行了時域和頻域分析。時域分析中分析了偏航系統(tǒng)的隨風情況、槳距角變化、功率曲線變化和偏航齒輪嚙合情況；頻域分析得到了偏航工況下的整機Campbell圖以及對應的能量分布圖，判定了偏航過程中的潛在共振點，并建立了偏航時塔筒扭振的運動方程，

4、引入了偏航失穩(wěn)因子，得出塔筒在偏航時不會發(fā)生扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)的結(jié)論。
　?、芤罁?jù)風力發(fā)電機組偏航系統(tǒng)受力特點，提出了用接觸的間隙單元（即GAP單元）模擬偏航軸承滾子的方法，并依據(jù)VDI2230標準計算出偏航系統(tǒng)高強度螺栓預緊力，建立了偏航系統(tǒng)的有限元模型并對偏航系統(tǒng)進行了靜強度的計算分析；同時結(jié)合有限元法得到高強度螺栓的隨機疲勞載荷譜，依據(jù) GL規(guī)范計算出 S-N曲線的相關參數(shù)和螺栓的缺口系數(shù)，最終根據(jù)線性Miner準則計算出偏航軸承處連