水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架風(fēng)致效應(yīng)減振控制研究.pdf

1、隨著人類社會的發(fā)展，人們對能源的需求越來越大，煤炭、天然氣、石油等傳統(tǒng)資源有限，而且使環(huán)境不斷惡化，節(jié)約能源消耗、發(fā)展可持續(xù)的清潔能源是當(dāng)今各國都在努力的方向。風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)能的主要形式，近年來發(fā)展迅速，我國已成為全球風(fēng)電裝機(jī)容量最大的國家。我國的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)以水平軸風(fēng)力機(jī)型為主，而且正朝著更加大型化、柔性化的方向發(fā)展。在風(fēng)荷載作用下，風(fēng)力機(jī)塔架發(fā)生振動，影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的使用性能及結(jié)構(gòu)的安全性。受到工作環(huán)境的限制及自身結(jié)構(gòu)的特殊性

2、，它不能像小型風(fēng)力機(jī)一樣用外加索來增加結(jié)構(gòu)剛度。目前，我國對風(fēng)力發(fā)電機(jī)支撐結(jié)構(gòu)的研究還處于起步階段，因此，深入研究塔架在風(fēng)荷載作用下的動力響應(yīng)及有效的振動控制措施對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全運行，對打破國外在風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)封鎖和專利壟斷、提升我國的自主研發(fā)能力和水平、促進(jìn)我國風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展具有重要而積極的意義。
　　 風(fēng)力機(jī)塔架結(jié)構(gòu)模態(tài)分析有助于了解風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)自振特性。本文以風(fēng)力機(jī)樣機(jī)為研究對象，采用Lanczos向量直接迭代法，通過

3、計算對水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組鋼管塔架結(jié)構(gòu)的自振特性做了分析，得到了結(jié)構(gòu)的自振頻率進(jìn)而確定了風(fēng)力機(jī)樣機(jī)支撐塔架為半剛性塔架。共振分析表明，風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)頻率與塔架自振頻率之間的關(guān)系滿足要求，結(jié)構(gòu)不會發(fā)生共振。
　　 風(fēng)荷載是風(fēng)力機(jī)塔架結(jié)構(gòu)受到的主要荷載，根據(jù)風(fēng)力機(jī)支撐結(jié)構(gòu)受力特點，可以將風(fēng)荷載分為兩大部分:塔架迎風(fēng)面直接承受的風(fēng)荷載和葉片傳遞給塔架頂部的荷載。本文首先介紹了風(fēng)荷載的基本特性，采用AR模型線性濾波法模擬得到了不同高度處塔

4、架1結(jié)構(gòu)前方的脈動風(fēng)速時程。之后，利用風(fēng)速風(fēng)壓的關(guān)系轉(zhuǎn)化得到了直接作用在風(fēng)力機(jī)塔架結(jié)構(gòu)上的風(fēng)壓時程。
　　 旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪所受到的風(fēng)荷載不同于靜止的風(fēng)輪，本文介紹了風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)風(fēng)輪所受風(fēng)力的基本動力學(xué)理論——動量理論、葉素理論及動量葉素理論及其推導(dǎo)過成。結(jié)合不同高度處的風(fēng)速模擬方法，運用動量葉素理論模擬得到了理想風(fēng)力機(jī)在額定風(fēng)速下風(fēng)輪受到的軸向推力時程及橫向扭矩時程。
　　 目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架結(jié)構(gòu)的減振控制研究還處于起步階段

5、，本文介紹了懸掛質(zhì)量擺及懸擺式液體粘滯阻尼減振裝置的減振原理，利用ANSYS分析軟件，計算得到了不帶減振裝置模型及帶減振裝置模型的動力響應(yīng)。通過參數(shù)分析，了解了各主要參數(shù)取值對減振效果的影響，得到了適合于樣機(jī)塔架結(jié)構(gòu)減振裝置的設(shè)計參數(shù)。
　　 本文建立了風(fēng)力機(jī)塔筒的試驗?zāi)Ｐ?，介紹了模態(tài)參數(shù)識別理論，對不帶減振裝置及帶減振裝置的試驗?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行實測，得到了模型結(jié)構(gòu)的自振頻率及阻尼比。建立了試驗風(fēng)力機(jī)塔筒結(jié)構(gòu)的有限元模型，對比了結(jié)構(gòu)的模