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目前,风力发电作为风能利用主要形式受到学者的广泛关注。全球范围内不少国家都开始了风能的开发和利用,特别是风力发电的推广。与此同时,随着大功率风力发电系统不断研发,风力机塔架上各种设备体积越来越大,发电系统中各种瓶颈日益凸显。为此,一种新型风力发电机—液压型风力发电机开始登上工业舞台。液压型风力发电机中核心部件是液压增速泵,液压增速泵的性能决定着风力发电系统的整体性能。论文对液压增速风力发电系统中摆线齿轮泵流量性能进行了研究。主要研究内容如下:
(1)根据液压型风力发电系统的整体构思,给出液压型风力发电系统原理和整体结构。比较液压风力发电系统与传统风力发电系统的优劣。给出作为液压型风力发电系统的核心部件—液压增速泵的选择依据,指出摆线齿轮泵作为风力增速泵的优势。
(2)研究液压风力发电系统中低速、大扭矩工况下的摆线齿轮泵的流量特性,建立摆线齿轮泵流量数学模型。推导摆线齿轮泵瞬时流量公式,根据流量脉动定义计算摆线齿轮泵流量脉动,并分析基本参数对泵流量脉动的影响。结合低速运转特性,对摆线齿轮泵瞬时流量公式进行修正,给出摆线齿轮泵低速工况瞬时流量精确计算方法,分析转速对摆线齿轮泵流量脉动的影响。
(3)根据摆线齿轮泵流量数学模型建立摆线齿轮泵的风力发电系统AMESim仿真模型,通过模型仿真分析不同转速下摆线齿轮泵的流量特性,分析不稳定、紊乱型风源下摆线齿轮泵流量特性。
(4)在理论工作基础之上,搭建了能在室内模拟风力工况的液压型风力发电实验台。开展了液压型风力发电系统中摆线齿轮泵工作性能原理性验证实验,并将实验结果和AMESim模型进行对比分析,证明数学模型和仿真模型的正确合理性。
(5)给出风力工况下摆线齿轮泵的系列实验,包括摆线齿轮泵阶跃信号响应实验、摆线齿轮泵稳定转速流量脉动实验、摆线齿轮泵流量输出的随机性、紊动性实验。通过实验分析验证摆线齿轮泵在风力发电中作为增速泵使用具有可行性,为液压型风力发电机增速泵研究提供有效依据。