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风力发电机塔架减振装置及其设计

作　者: 黄超
导　师: 唐德尧；朱石沙
学　校: 湘潭大学
专　业: 机械工程
关键词: 风机电子仿真软件TINA 等效类比有限元分析动力学分析
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随全球经济社会的发展壮大,能源消费相应地也在不断增长。发展绿色能源在长期的能源战略中,已成为全球的一个共识。风能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界各国的青睐。从全球范围来看,面对世界风电快速发展的新形势,美国和欧盟的大多数国家已经把风电作为发展新能源的首选,我国的新增机组装机容量中,风电机组装机容量也开始超过水电。海上风电也在如火如荼的发展,是风电领域新的发展方向,越来越受到世界各国的关注。随着我国首批16个国家能源研发中心成立,这将对2020年的减排目标的实现,改变以往的能源消费格局和保障国家能源安全都具有重大意义。风电领域在节能减排、增加就业和确保能源安全等方面的取得的成就逐渐被世人所接受,世界风电今后还会朝着快速稳定的方向发展。随着风能市场的不断扩大,风力发电机的应用越来越频繁,在使用的过程中也暴露出一些问题(如螺栓松动,塔架倒塌等),这些问题制约着人们对风能的开发利用,也阻碍了节能减排、低碳环保能源战略目标的实现。风电装备属于高架设施,长期处于在露天环境中,具有自身结构的特殊性,而且受到工作环境的限制,不能像对待其他高架设施一样,简单的通过给它外加拉索或是设置加固措施的方式实现自身的减振,故对于风机的安全运行的研究具有非常现实的意义。本文结合风力发电的发展背景,分析了现阶段风能的应用现状和风电在全世界的发展情况,以及风力发电机在应用时存在的一些问题。从风机的结构和工作情况出发,分析了风机产生振动的机理。同时给出了国内外对于风机减振研究的一些动向和技术措施,根据唐德尧教授的专利文件提出的一种风力发电机减振装置的设计方法为依据,建立塔架系统的数学模型。通过对机械系统和电子系统进行等效类比,运用电子仿真软件TINA对系统进行仿真比较,提出一种可以减小塔架振动的方案,再用机械仿真的方法,在CAD软件UG中对方案进行建模处理,通过对模型进行动力学分析与有限元分析,得到理想的设计参数。最后进行优化设计,出等效缩尺模型设计图,根据设计图纸进行机加工,然后对塔架及其减振装置实验分析,验证方案中装置的减振效果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-18
  1.1 风力发电机减振研究的背景与意义  9-13
    1.1.1 风机减振研究背景  9-11
    1.1.2 风机减振研究意义  11-13
  1.2 风机减振的研究现状  13-16
    1.2.1 国内外研究的动态  13-15
    1.2.2 现阶段研究中存在的问题  15-16
  1.3 研究内容  16-18
    1.3.1 建模与电子仿真  16-17
    1.3.2 对建立模型进行动力学与有限元分析  17
    1.3.3 对机加工的缩尺模型的实验  17-18
第2章理论基础  18-24
  2.1 有限元理论概述  18
  2.2 机械动力学的有限元分析  18-22
    2.2.1 模态的有限元分析  18-20
    2.2.2 结构动力响应的有限元分析  20-22
  2.3 机电等效类比  22-24
第3章系统的电子仿真分析  24-29
  3.1 建立塔架系统数学模型  24-25
  3.2 电子仿真分析  25-29
第4章塔架在CAD 软件中建模  29-34
  4.1 风机模型参数预设置  29-31
  4.2 在UG 中建立风力发电机三维实体模型  31-34
第5章塔架的动力学与有限元分析  34-53
  5.1 有限元方法的基本步骤  34
  5.2 塔架的静力学分析  34-39
    5.2.1 网格划分  34-35
    5.2.2 施加约束和载荷  35-36
    5.2.3 静力学分析结果  36-39
  5.3 塔架动力学分析  39-52
    5.3.1 塔架及其系统模态分析  39-46
    5.3.2 塔架系统的谐响应分析  46-51
    5.3.3 动力学分析结果  51-52
  5.4 小结  52-53
第6章实验分析与数据采集  53-67
  6.1 塔架系统的安装  53-62
  6.2 塔架及减振系统的实验分析  62-65
  6.3 塔架减振评估  65-67
第7章结论与展望  67-69
参考文献  69-72
致谢  72-73
个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果  73

风力发电机塔架减振装置及其设计

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