【摘 要】
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为研究风电机组齿轮传动系统的动态温度场分布特性,以SQI风电机组传动系统实验平台中两级定轴齿轮箱为研究对象,综合考虑齿轮时变啮合刚度和轴承时变刚度对系统影响,采用有限元法并计入轴系柔性建立两级平行轴齿轮箱的齿轮-轴-轴承耦合系统动力学模型.依据传热学原理对热传导,对流换热等参数进行分析,运用有限元法对系统动态温度场进行求解并与实验结果对比验证,验证该模型对系统动态温度场分析的有效性,探究多种工况下不同系统激励与系统温升的关系.结果表明:负载在高速时对系统温度响应影响更为明显,系统在连续增速过程中,温度响应
【机 构】
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新疆大学机械工程学院,乌鲁木齐 830047;新疆大学机械工程学院,乌鲁木齐 830047;重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆 400044
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为研究风电机组齿轮传动系统的动态温度场分布特性,以SQI风电机组传动系统实验平台中两级定轴齿轮箱为研究对象,综合考虑齿轮时变啮合刚度和轴承时变刚度对系统影响,采用有限元法并计入轴系柔性建立两级平行轴齿轮箱的齿轮-轴-轴承耦合系统动力学模型.依据传热学原理对热传导,对流换热等参数进行分析,运用有限元法对系统动态温度场进行求解并与实验结果对比验证,验证该模型对系统动态温度场分析的有效性,探究多种工况下不同系统激励与系统温升的关系.结果表明:负载在高速时对系统温度响应影响更为明显,系统在连续增速过程中,温度响应呈平稳增大趋势,当系统扭转共振时,温度响应急剧增大,轴系弯曲共振对温度响应影响不大.
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针对单视角特征及单一模型对齿轮箱复合故障的诊断准确率较低的问题,提出基于比例冲突分配规则的模型融合故障诊断方法.首先,对齿轮箱振动信号进行特征提取,针对复杂复合故障,从时域及时频域角度构造特征;然后,将多视角特征送入多个子模型中进行初步诊断,得到互补性强的诊断结果;最后,模型输出的分类概率由第6类比例冲突分配规则(PCR6)进行融合.实验证明该融合模型所得出的结果稳定性较高,并在一定条件下可提高故障诊断的准确率.
针对风电机组偏航系统动作原理和故障产生原因进行分析,建立偏航机构跟随风向变化灵敏性函数模型;基于指数加权移动平均(EWMA)控制图法和K-S检验分析方法,甄别偏航机构中风向跟踪异常,并提高感知准确性;基于波动互相关分析方法,分析单机风向标数据与场群平均风向的相关性;基于运行数据统计,分析偏航机构跟随性概率分布函数,在异常识别基础上进行故障分类.经过理论分析和实验验证,通过数据统计分析方法,可有效实现偏航机构的异常感知,避免机组亚健康运行,有利于实施预测性维护.
针对复杂工况下风电机组变桨系统故障检测问题,采用在线序贯极限学习机建立变桨系统状态监测模型,利用ReliefF算法进行模型的特征选择,通过量子进化算法优化在线序贯极限学习机的超参数集,并引入马氏距离函数计算变桨系统状态监测模型的残差,判断风电机组变桨系统的异常.以辽宁某风电场1.5 MW双馈风电机组变桨系统为例,将所提出的模型分别与粒子群优化极限学习机、粒子群优化支持向量机、随机权神经网络、极限学习机和反向传播神经网络模型进行对比,结果表明所提出的模型精度优于其他模型,所提方法的故障检测正确率高于3σ阈值
当大型风力发电机在低速重载条件时,齿轮在混合弹流润滑条件下的啮合动态特性难以分析.针对该问题提出齿面接触并联刚度模型,建立行星齿轮啮合动力学模型.基于粗糙峰承载平衡理论,将承载因子理论引入刚度模型中,并与混合弹流润滑理论相结合,可得出计算齿面油膜刚度的新公式,为齿轮混合弹流润滑问题研究提供参考.通过计算结果,可认为在混合弹流润滑条件下,齿轮啮合刚度可大幅提升,有效抑制齿轮啮合振动.同时,齿面啮合力与综合曲率半径的增加有利于齿面油膜的形成.最后混合弹流润滑条件下齿轮单-双齿啮合刚度激励也会得到进一步改善.
海上风电筒型基础在位工作期间长期受到海流的冲刷,基础的稳定性受到一定影响.通过模型试验和数值方法研究粉土地基中,单侧冲刷工况单筒多舱筒型基础的水平向和抗倾覆极限承载力与冲刷率之间的关系,以及冲刷对基础水平向-倾覆荷载(H-M)复合承载特性的影响.研究结果表明,筒型基础的水平向和抗倾覆承载力主要由筒外前侧和筒内土体提供,随着冲刷率的增大,基础水平向及抗倾覆极限承载力逐渐降低;单侧冲刷工况下,基础的H-M包络线不关于原点中心对称,随着冲刷率的增大,包络线局部向内收缩.
本文利用ANSYS Workbench软件中的Static-Structural模块对现代化的某型号风电机组的高速制动器壳体进行了应力分析.分析结果显示:高速制动器在制动过程中,其上壳体的最大应力大于其壳体材料的屈服强度,这极易造成上壳体结构的变形,而通过增加半径为1 mm的圆角进行过渡,使上壳体的应力大幅减小,最大应力低于其壳体材料的屈服强度.该研究结果可为现代化的某型号风电机组高速制动器壳体的优化设计提供可行性方案.
以大型三叶风电机组为例,研究发电机组参数对输出功率波动及功率损失的影响.首先建立包括风剪切和塔影效应的等效风速模型,推导输出功率和功率系数的数学模型,研究叶轮半径、塔筒高度、塔筒直径和叶片到塔筒中线的悬垂距离等相关参数对功率波动的频率、幅值、波长、波动区域等特性影响规律.然后建立功率损失的数学模型,研究风电机组参数通过风剪切和塔影效应对功率损失造成的影响规律.结果表明:不同参数通过风剪切和塔影效应对输出功率周期性波动及功率损失的影响规律不同,功率周期性波动的幅值及波长受塔筒直径和悬垂距离2个参数影响较大,
风电机舱通过加装聚风罩装置,可通过引入外部空气对机舱内发热设备进行通风冷却,降低机舱内的平均温度.但与此同时当冷却空气中夹杂灰尘颗粒时,则会在风电机舱内部发电设备上进行沉积.通过对风电机舱进行简化后建立模型,对风电机舱内含有粉尘颗粒的运动沉积特征进行三维仿真模拟计算,得到风电机舱内部颗粒浓度、温度、运动速度的三维特征变化分布云图.进而得到在含有粉尘颗粒时,冷却空气在三维机舱空间内部流动变化的规律特点.从理论上分析加装聚风导流罩后,风电机舱内夹杂固态颗粒物时对建立起的风电机舱自然循环通风冷却系统的影响特点.
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为研究混合式平台漂浮式风电场平台动态响应,分别建立基于Spar和Barge平台的漂浮式风力机整机模型,采用链接悬链线和固定悬链线将其链接以建立2×2阵列漂浮式风电场.采用叶素动量理论计算风载荷,通过辐射/绕射理论求解波浪载荷,采用水动力学软件AQWA研究风波载荷作用下漂浮式风电场平台的动态响应.针对Spar和Barge平台尺度大小不同导致系泊系统不对称引起的Spar平台横摇和艏摇响应较大问题,提出“依照尺度最大平台正交布置链接悬链线”的漂浮式风电场系泊系统布置准则.为验证所提出的系泊系统布置准则的可行性,