兆瓦级风电机组的载荷计算与性能分析

【摘要】：目前，随着风电机组向大功率化发展的趋势，风电机组尺寸日益增大，这使得风电机组的载荷计算和性能分析显得更加重要。载荷计算作为风电机组设计过程中最为关键的基础性工作，能为后续风电机组的优化设计和分析计算提供依据。本文以某3MW变速变桨风电机组为对象。主要研究内容如下： 首先利用GH-Bladed软件，对风电机组进行参数化建模。根据GL2010标准，设置正常风况和极端风况并将其加载到各个载荷设计工况中，对风电机组进行静态计算和动态仿真，并将仿真结果进行批量后处理，即可得到风电机组各零部件的极限载荷和疲劳载荷。通过这些分析计算可为风电机组后续的优化设计提供指导作用。 基于叶素-动量理论及其修正理论，以叶片在不同安装角度下的风电机组为研究对象，分析了叶片安装误差对风电机组叶片翼型气动性能、功率、年发电量以及叶片转矩的影响，并进行性能仿真与分析。同时考虑只有风剪切、塔影效应及未考虑风剪切和塔影效应三种风模型的情况，对其叶根处挥舞载荷和摆振载荷的结果进行了对比分析。 本文最后基于SWT软件，应用超单元和参数化部件构建高精度风电机组模型，由于风电机组振动特性与承载能力较为复杂，风电机组整体结构的模态分析和动态载荷计算是风电机组稳定运行的重要因素。故对风电机组整体结构进行模态分析，得到固有频率、振型和动能与应变能分布，并在额定湍流风速下，分析了风电机组轴承和齿轮箱与底盘连接处的动态载荷。 【关键词】：风电机组 载荷计算 性能分析 叶片安装误差 SWT
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景及研究意义9
• 1.2 风力发电现状及展望9-13
• 1.2.1 世界各国风力发电状况9-11
• 1.2.2 中国风力发电状况11-13
• 1.3 风电机组载荷研究现状13-14
• 1.4 本课题的研究方法和内容14-16
• 第2章 风电机组基本理论16-22
• 2.1 叶素理论16-17
• 2.2 叶素动量理论及其修正17-19
• 2.3 超单元理论19-20
• 2.3.1 模型缩聚过程19-20
• 2.3.2 模态综合过程20
• 2.4 本章小结20-22
• 第3章 基于GH-Bladed 的风电机组载荷计算与分析22-48
• 3.1 风电机组稳态表现22-24
• 3.1.1 空气动力信息22-23
• 3.1.2 性能系数23-24
• 3.1.3 稳态功率曲线24
• 3.2 风电机组等级24-25
• 3.3 风模型的建立25-29
• 3.3.1 正常风条件25-26
• 3.3.2 极端风条件26-29
• 3.4 风电机组坐标系说明29
• 3.5 载荷来源29-32
• 3.5.1 叶片载荷29-31
• 3.5.2 机舱载荷31-32
• 3.5.3 塔架载荷32
• 3.5.4 轮毂载荷32
• 3.6 载荷工况及安全系数32-34
• 3.6.1 设计工况和载荷状态32-33
• 3.6.2 载荷局部安全系数33-34
• 3.7 风电机组关键部件极限载荷计算分析34-39
• 3.7.1 极限载荷工况设置34-37
• 3.7.2 极限载荷计算结果37-39
• 3.8 风电机组关键部件疲劳载荷计算分析39-47
• 3.8.1 雨流计数法简述40-41
• 3.8.2 等效载荷41-42
• 3.8.3 疲劳载荷工况设置42-43
• 3.8.4 疲劳载荷计算结果43-47
• 3.9 本章小结47-48
• 第4章 风速模型与叶片安装误差对风电机组性能的影响48-55
• 4.1 风速模型对风电机组载荷的影响48-50
• 4.1.1 塔影效应的影响48
• 4.1.2 风剪切的影响48-50
• 4.2 叶片安装误差对风电机组性能的影响50-54
• 4.2.1 额定风速下风轮叶片最佳安装角51
• 4.2.2 翼型的气动性能51-52
• 4.2.3 对风能利用系数和功率的影响52-53
• 4.2.4 对年发电量的影响53-54
• 4.2.5 对叶片转矩的影响54
• 4.3 本章小结54-55
• 第5章 基于 SWT 的风电机组模态与动态载荷分析55-67
• 5.1 SWT 软件介绍55-56
• 5.2 基于 SWT 风电机组高精度模型的创建56-60
• 5.2.1 叶片结构属性56-58
• 5.2.2 轮毂特征58-59
• 5.2.3 机舱底盘创建59
• 5.2.4 塔筒建模59-60
• 5.2.5 齿轮箱建模60
• 5.3 风电机组整体结构模态分析60-63
• 5.4 风电机组关键部件的动态载荷分析63-65
• 5.5 本章小结65-67
• 第6章 结论67-69
• 参考文献69-72
• 在学研究成果72-73
• 致谢73

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