基于疲劳可靠度的风机塔筒振动控制研究

来源 :沈阳建筑大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:EricQLiu
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在可持续发展战略提出以后,社会对于新能源方面的关注度显著提升。在此背景下,随着风力发电技术日益朝着大叶片、高功率及高塔架的趋势发展,风机塔架结构的整体可靠性问题日益突出。在其运行过程中,受制于风荷脉动效应的影响,便会对塔架结构造成相应的负面作用,导致其产生振动。近海风机也处于复杂的海洋环境,经受多种荷载共同作用,且有较为突出的周期性,在长期循环载荷的作用下,易发生疲劳破坏,尤其在强风浪影响下,便会导致结构发生振动,对结构稳定性造成不利影响。因此,对风机的耐疲劳设计要求更高。本文以疲劳损伤为控制目标,采用工程上常用的TMD对风机塔架在风和浪作用下的振动进行控制,满足对风机耐久性的要求。在计算机技术发展过程中,对于风机性能方面的研究,便可借助于数值模拟的方式进行。以海上某风电场3MW风机为工程算例,基于TMD的减振原理,通过以结构疲劳可靠度为控制指标的参数优化设计方法,针对TMD系统的参数进行合理的优化研究,进而能够确定出最佳参数,以实现对振动的有效控制。本文研究工作的开展,主要涵盖了下述内容,即:(1)首先对风机结构进行适当的简化,用ABAQUS有限元软件建立了塔架—叶片—地基的三维模型。和实际结构较为接近,然后对风机进行模态分析,了解结构的自振特性,同时校核风机的自振频率是否避开发生共振的频率,即是否满足安全性的要求。(2)通过正交扩展方法将风速波动的随机过程表示为确定性时间函数与相应的不相关随机系数的有限和。利用随机过程的谱的形式来描述风和波浪荷载时程。对于此方面内容的分析,是借助于MATLAB编程的方式实现。(3)将风机模型离散为多自由度体系模型,建立非耦合的运动方程用,通过MATLAB用材料力学应力计算公式求得风机塔筒底部计算点的应力时程,根据塔筒计算点的应力时程,利用MATLAB对雨流计数法的编程,将计算点的应力时程转化为一系列离散的应力循环,并基于S-N曲线和Miner线性累计损伤理论,得到塔筒计算点的疲劳寿命。(4)根据概率密度演化理论,建立了 TMD结构整体系统方程,给出了基于可靠度的TMD参数优化设计方法,调谐TMD各参数对减振效果的影响,找出调谐质量阻尼器的最优控制参数。得到适于减小风机塔筒振动的最优减振参数,以延长风力发电机的疲劳寿命。
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