论文部分内容阅读
【摘 要】我国是风力大国，随着相关技术的快速发展，大型风力发电机组已经得到越来越多的应用，而发电机组容量的不断增大亦预示着风力机和其零部件承受的负载越高，其安全隐患及寿命必然会受到影响，因此本文对大型风力发电机组系统结构强化进行了分析，并采用了相应的优化对策。
【关键词】大型风力发电机组；系统结构强化；优化对策
能源环境问题已经成为我国可持续发展的关键问题，而风力发电则是有效保护环境又能提供清洁能源的主要措施，它无污染、投资方便、施工周期短，社会效益和经济效益都十分可观。伴随我国风力发电机组单机容量的不断扩大，必须从其关键部件上对症下药，才能确保大型风力发电机组的安全运行和使用寿命。而对于风力发电机组系统结构配置和布局优化直接影响风电机组的正常运行和使用寿命，因此必须对其采用相应的优化对策，从而达到在保证风力发电机组安全运行的基础上，降低其成本减轻其重量的多重目的。
一、大型风力发电机组传动系统的重要性
在大型风力发电机组中，系统结构配置和布局优化不仅承担着与驱动链的连接，并将风轮的扭矩传递给驱动链的责任，而且要承担着风力发电机组容量增大而带来的更大的负荷。一般风力发电机组系统在整个风力发电机组的重量中占有重要作用，由此可看出风电机组设计和制造过程中传动系统结构配置和布局优化的重要。尤其是近年来，风力发电机组的容量不断增大，目前已安装的最大机组容量已达到5MW的大型风力发电机组，最大风轮直径更是达到150米左右，塔架高度高达100米，这种大容量的风力发电机组导致在结构配置上存在很大问题，而且工况更为复杂，因此优化设计的好坏直接关乎整个机组的运行和使用寿命，由此可见风力发电机组中传动系统的重要地位。
在风力发电机组中传动系统具有举足轻重的地位，要保证整个风力发电机组的可靠性和安全性，除了准确确定各部位的应力分布外，还应注重传统系统材料的选择和各单元属性，进而再进行拓扑优化设计，如此才能确保风力发电机的可靠性，进而为整个大型风电机组的安全运行和使用寿命提高保证。
二、传动系统结构配置与布局优化设计
（一）传动系统结构配置
在大型风力发电机组中的重要性已经不言而喻，因此，要保证整个机组运行的安全可靠以及使用寿命，就必须对其结构进行相应的优化。对此以往采取的办法大都是设计者根据国内或国际同类产品的经验，或直接参照同类产品进行类别和估算，进而制定设计方案。然后在初始方案的基础上进行再加工，比如对设计参数进行刚度和强度等性能的计算和分析，进而验证各性能是否满足设计标准，如此反复多次计算分析，以及进行性能检验即可进行相应的参数修改，进而达到设计指标的要求。然而，实践已经证明，按照此种方法进行的设计往往还有很大的提升空间，与最佳的设计方案还有不小的距离，所以要想得到最佳的设计方案，就必须从风力发电机组的关键构建上着手，即建立最佳的数学模型、再进行相应变量设计，进而得出最佳的结构配置。
（二）传动系统的布局优化
一个设计方案可以用一组基本参数的数值来表示。这些基本参数可以是构件的长度、截面积尺寸、某些点的坐标值等几何量，也可以是重量、惯性矩、力或力矩等物理量，还可以是应力、变形、固有频率、效率等代表性能的导出量。但是，对于某个具体的优化设计问题，并不是要求对所有的基本参数都用优化方法进行修改调整。例如，对某个机械结构进行优化设计，一些工艺、结构布置等方面的参数，或者某些工作性能的参数，可根据已有的经验预先取为定值。这样，对于这个优化设计方案来说，它们就称为设计常数。在优化设计中，需要在优化过程中不断进行修改、调整，一直处于变化状态的基本参数，称为设计变量，又叫优化参数，风力发电机组传动系统的优化设计亦然如此。
（三）对传动系统的具体设计方法
选定区域，即要获得最佳的拓扑结构，首先应确定一个固定的设计区域，然后再进行相应的离散处理，即构成单元的有限元分析模型；对低应力区域人为制定软化单元，一般优化结束后，一些相对较软的单元被视为孔洞，因此，可将此部分材料从设计区域刨除，剩余的部分即为最优的拓扑结构。当然，这种方法说起来容易，要实现并非易事，具体困难如下：首先，较软的单元定义并非唯一，所以要将其从区域中剔除亦不唯一，这就造成了最终的最优拓扑结构亦不唯一；此方法的实现对有限单元法的分析模型过于依赖，所以此种方法虽然直观，但是不确定因素亦较多。当然，虽然此方法存在一定的局限性，但是只要在操作中模型的构造合理，结构拓扑优化的问题便会转化成相对简单的尺寸优化问题，因此其实际意义是显而易见到。
三、结束语
本文从大型风力发电机组传动系统结构配置与布局优化进行研究，有效优化传动系统，不但节约了开发时间，而且具有一定的经济价值，当然，要想真正实现我国国产化大型风力发电机组的自主设计和研发，实现大型风力发电机组的产业化和商业化发展，还有很多严峻的挑战和困难需要克服，因此，仍需科研设计工作者不但探索实践。
参考文献：
[1]赵朦朦. 风力发电机组传动系统结构配置与布局优化研讨[J].沈阳工业大学，2012，（7）
[2]吕杏梅. 兆瓦级风力发电机组主轴的强度分析[J].自动化应用，2013，（4）
[3]林森富. 风力发电机组传动系统结构配置与布局优化[J]，电气应用，2013（08）
【关键词】大型风力发电机组；系统结构强化；优化对策
能源环境问题已经成为我国可持续发展的关键问题，而风力发电则是有效保护环境又能提供清洁能源的主要措施，它无污染、投资方便、施工周期短，社会效益和经济效益都十分可观。伴随我国风力发电机组单机容量的不断扩大，必须从其关键部件上对症下药，才能确保大型风力发电机组的安全运行和使用寿命。而对于风力发电机组系统结构配置和布局优化直接影响风电机组的正常运行和使用寿命，因此必须对其采用相应的优化对策，从而达到在保证风力发电机组安全运行的基础上，降低其成本减轻其重量的多重目的。
一、大型风力发电机组传动系统的重要性
在大型风力发电机组中，系统结构配置和布局优化不仅承担着与驱动链的连接，并将风轮的扭矩传递给驱动链的责任，而且要承担着风力发电机组容量增大而带来的更大的负荷。一般风力发电机组系统在整个风力发电机组的重量中占有重要作用，由此可看出风电机组设计和制造过程中传动系统结构配置和布局优化的重要。尤其是近年来，风力发电机组的容量不断增大，目前已安装的最大机组容量已达到5MW的大型风力发电机组，最大风轮直径更是达到150米左右，塔架高度高达100米，这种大容量的风力发电机组导致在结构配置上存在很大问题，而且工况更为复杂，因此优化设计的好坏直接关乎整个机组的运行和使用寿命，由此可见风力发电机组中传动系统的重要地位。
在风力发电机组中传动系统具有举足轻重的地位，要保证整个风力发电机组的可靠性和安全性，除了准确确定各部位的应力分布外，还应注重传统系统材料的选择和各单元属性，进而再进行拓扑优化设计，如此才能确保风力发电机的可靠性，进而为整个大型风电机组的安全运行和使用寿命提高保证。
二、传动系统结构配置与布局优化设计
（一）传动系统结构配置
在大型风力发电机组中的重要性已经不言而喻，因此，要保证整个机组运行的安全可靠以及使用寿命，就必须对其结构进行相应的优化。对此以往采取的办法大都是设计者根据国内或国际同类产品的经验，或直接参照同类产品进行类别和估算，进而制定设计方案。然后在初始方案的基础上进行再加工，比如对设计参数进行刚度和强度等性能的计算和分析，进而验证各性能是否满足设计标准，如此反复多次计算分析，以及进行性能检验即可进行相应的参数修改，进而达到设计指标的要求。然而，实践已经证明，按照此种方法进行的设计往往还有很大的提升空间，与最佳的设计方案还有不小的距离，所以要想得到最佳的设计方案，就必须从风力发电机组的关键构建上着手，即建立最佳的数学模型、再进行相应变量设计，进而得出最佳的结构配置。
（二）传动系统的布局优化
一个设计方案可以用一组基本参数的数值来表示。这些基本参数可以是构件的长度、截面积尺寸、某些点的坐标值等几何量，也可以是重量、惯性矩、力或力矩等物理量，还可以是应力、变形、固有频率、效率等代表性能的导出量。但是，对于某个具体的优化设计问题，并不是要求对所有的基本参数都用优化方法进行修改调整。例如，对某个机械结构进行优化设计，一些工艺、结构布置等方面的参数，或者某些工作性能的参数，可根据已有的经验预先取为定值。这样，对于这个优化设计方案来说，它们就称为设计常数。在优化设计中，需要在优化过程中不断进行修改、调整，一直处于变化状态的基本参数，称为设计变量，又叫优化参数，风力发电机组传动系统的优化设计亦然如此。
（三）对传动系统的具体设计方法
选定区域，即要获得最佳的拓扑结构，首先应确定一个固定的设计区域，然后再进行相应的离散处理，即构成单元的有限元分析模型；对低应力区域人为制定软化单元，一般优化结束后，一些相对较软的单元被视为孔洞，因此，可将此部分材料从设计区域刨除，剩余的部分即为最优的拓扑结构。当然，这种方法说起来容易，要实现并非易事，具体困难如下：首先，较软的单元定义并非唯一，所以要将其从区域中剔除亦不唯一，这就造成了最终的最优拓扑结构亦不唯一；此方法的实现对有限单元法的分析模型过于依赖，所以此种方法虽然直观，但是不确定因素亦较多。当然，虽然此方法存在一定的局限性，但是只要在操作中模型的构造合理，结构拓扑优化的问题便会转化成相对简单的尺寸优化问题，因此其实际意义是显而易见到。
三、结束语
本文从大型风力发电机组传动系统结构配置与布局优化进行研究，有效优化传动系统，不但节约了开发时间，而且具有一定的经济价值，当然，要想真正实现我国国产化大型风力发电机组的自主设计和研发，实现大型风力发电机组的产业化和商业化发展，还有很多严峻的挑战和困难需要克服，因此，仍需科研设计工作者不但探索实践。
参考文献：
[1]赵朦朦. 风力发电机组传动系统结构配置与布局优化研讨[J].沈阳工业大学，2012，（7）
[2]吕杏梅. 兆瓦级风力发电机组主轴的强度分析[J].自动化应用，2013，（4）
[3]林森富. 风力发电机组传动系统结构配置与布局优化[J]，电气应用，2013（08）