弹性支撑浮式风电机组传动链动态特性分析及优化研究

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目前,我国近海风能资源已逐渐趋于饱和,风力发电建设与研究正逐步转向更大功率等级的深远海离岸浮式风电机组。浮式风电机组主要由叶片、传动链、塔筒、浮式平台与系泊锚链构成。相比于近海固定式风电机组,浮式风电机组在运行过程中面临恶劣、复杂的海洋环境,会受到更大的气动力载荷、水动力载荷、系泊锚链载荷等。传动链系统作为浮式风电机组的重要组成成分,由轮毂、主轴、齿轮箱、发电机、弹性支撑等组成。传动链系统、浮式平台与随机多变的环境载荷相互作用,叶片所受气动载荷通过塔筒传递至浮式平台,同时在水动载荷与系泊载荷共同作用下浮式平台产生六自由度运动,浮式风电机组运动又反应至风电机组传动链影响气动转矩,引起额外惯性载荷,导致复杂的振动特性,影响浮式风电机组的正常运行。本文以某型6.2MW浮式风电机组传动链为研究对象,建立了弹性支撑浮式风电机组传动链动力学模型,考虑了浮式风电机组传动链结构解耦边界条件,开展了弹性支撑浮式风电机组传动链动力学分析,基于弹性支撑对浮式风电机组传动链动态特性的影响提出多工况下浮式风电机组传动链弹性支撑优化设计方法。研究结果对弹性支撑浮式风电机组传动链减振优化具有重要意义。论文的主要研究内容如下:(1)基于浮式风电机组传动链运行原理,建立主轴、齿轮箱箱体、行星架、齿轮箱内部旋转轴的柔性体,根据传动链各结构连接关系与相互作用,综合考虑齿轮箱、发电机弹性支撑,建立某型6.2MW浮式风电机组多体动力学模型,并分析其传动链系统外部激励。(2)开展弹性支撑浮式风电机组传动链结构解耦动力学分析,对比不同结构解耦边界对传动链动态响应的影响,确定具有最高精度的浮式风电机组传动链结构解耦分析边界,基于最优结构解耦边界条件下的传动链多体动力学模型,开展弹性支撑浮式风电机组传动链固有特性与动态响应分析。(3)考虑弹性支撑减振结构对浮式风电机组传动链动态特性的影响,基于弹性支撑浮式风电机组最优结构解耦边界,研究弹性支撑对浮式风电机组传动链系统固有频率与模态振型、幅频响应、部件振动能量分布与系统振动能量传递特性的影响。(4)开展浮式风电机组弹性支撑优化设计研究。基于弹性支撑对浮式风电机组传动链系统动态特性的影响规律,提出多工况浮式风电机组弹性支撑优化方案,研究基于代理模型的弹性支撑多目标优化方法,分析优化前后浮式风电机组传动链多工况减振效果。
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