水平軸風力發(fā)電機塔架風致效應減振控制研究.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)的清潔能源是當今各國都在努力的方向。風力發(fā)電是利用風能的主要形式，近年來發(fā)展迅速，我國已成為全球風電裝機容量最大的國家。我國的大型風力發(fā)電機以水平軸風力機型為主，而且正朝著更加大型化、柔性化的方向發(fā)展。在風荷載作用下，風力機塔架發(fā)生振動，影響風力發(fā)電機組的使用性能及結(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、，它不能像小型風力機一樣用外加索來增加結(jié)構(gòu)剛度。目前，我國對風力發(fā)電機支撐結(jié)構(gòu)的研究還處于起步階段，因此，深入研究塔架在風荷載作用下的動力響應及有效的振動控制措施對風力發(fā)電機組的安全運行，對打破國外在風電技術(shù)領域技術(shù)封鎖和專利壟斷、提升我國的自主研發(fā)能力和水平、促進我國風電事業(yè)的發(fā)展具有重要而積極的意義。
　　 風力機塔架結(jié)構(gòu)模態(tài)分析有助于了解風力機結(jié)構(gòu)自振特性。本文以風力機樣機為研究對象，采用Lanczos向量直接迭代法，通過

3、計算對水平軸風力發(fā)電機組鋼管塔架結(jié)構(gòu)的自振特性做了分析，得到了結(jié)構(gòu)的自振頻率進而確定了風力機樣機支撐塔架為半剛性塔架。共振分析表明，風力機風輪旋轉(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。
　　 風荷載是風力機塔架結(jié)構(gòu)受到的主要荷載，根據(jù)風力機支撐結(jié)構(gòu)受力特點，可以將風荷載分為兩大部分:塔架迎風面直接承受的風荷載和葉片傳遞給塔架頂部的荷載。本文首先介紹了風荷載的基本特性，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)前方的脈動風速時程。之后，利用風速風壓的關(guān)系轉(zhuǎn)化得到了直接作用在風力機塔架結(jié)構(gòu)上的風壓時程。
　　 旋轉(zhuǎn)的風輪所受到的風荷載不同于靜止的風輪，本文介紹了風力機旋轉(zhuǎn)風輪所受風力的基本動力學理論——動量理論、葉素理論及動量葉素理論及其推導過成。結(jié)合不同高度處的風速模擬方法，運用動量葉素理論模擬得到了理想風力機在額定風速下風輪受到的軸向推力時程及橫向扭矩時程。
　　 目前，風力發(fā)電機塔架結(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。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，得到了適合于樣機塔架結(jié)構(gòu)減振裝置的設計參數(shù)。
　　 本文建立了風力機塔筒的試驗模型，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模型進行實測，得到了模型結(jié)構(gòu)的自振頻率及阻尼比。建立了試驗風力機塔筒結(jié)構(gòu)的有限元模型，對比了結(jié)構(gòu)的模