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兆瓦级风力发电机组关键部件的可靠性研究

作　者: 李强
导　师: 陈长征；王琪
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 可靠性风力发电机动态分析疲劳载荷 Bayes方法
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

可靠性是度量产品质量的重要指标。努力提高产品的质量可靠性,不仅可以防止故障和事故的发生,尤其是灾难性事故的发生,而且可以避免产品开发时频繁的“事后更改”现象,从而缩短开发周期、节约开发成本、降低维修费用和其他由于可靠性不高而产生的附加费用。因此,可靠性成为各国科研机构和学者致力研究的重点和热点。随着风力发电机特别是大中型风力发电机容量的增加,为实现其优异的性能,其结构越来越复杂,从而带来的主要问题之一是故障率提高。因此对风力发电机而言,在设计时,除了要考虑其功能性、工艺性、时间性和经济性外,还必须考虑其可靠性。本文以动量理论、叶素理论、片条理论为基础,给出了风力机气动性能计算方法,并结合实际情况计算出了1.0兆瓦变桨距风力发电机塔架的所受载荷。通过有限元方法对塔架做了静态分析和动态特性分析。风力机叶片可靠性分析部分介绍了风力机叶片在挥舞方向上的疲劳载荷下可靠度分析方法。疲劳载荷下可靠度分析方法考虑了风速的分布,疲劳载荷的长期分布,叶根部的S ? N曲线和材料的分散性等情况,应用一次二阶矩的分析方法得到叶根在挥舞方向上的疲劳可靠度。可靠性估计部分在目前利用Bayes方法进行模糊可靠性分析研究的基础上,提出了比较完整的模糊Bayes可靠性预测的方法。并通过实际的算例计算了风力发电机的模糊可靠度的估计区间。本文通过塔架静态分析结果得出塔架高度和应力的关系,由塔架动态分析结果得出基础刚度和一阶频率的关系,以及塔架的低阶固有频率避开了风力发电机的额定工作频率。验证了采用模糊Bayes方法来计算风力发电机模糊可靠度是可行的。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-17
  1.1 课题背景及意义  10-15
    1.1.1 国外风力发电技术现状  10-11
    1.1.2 国内风力发电技术现状  11-14
    1.1.3 研究风力发电机可靠性的意义  14-15
  1.2 论文目的和研究内容  15-17
    1.2.1 论文目的  15
    1.2.2 论文研究内容  15-17
第二章风力发电机塔架静态与动态分析  17-31
  2.1 气动计算理论  17-19
    2.1.1 动量理论  17-18
    2.1.2 叶素理论  18-19
  2.2 气动载荷计算  19-22
    2.2.1 建立坐标系统  19-20
    2.2.2 计算模型  20-22
  2.3 重力引起的载荷  22
  2.4 实例计算  22-31
    2.4.1 塔架有限元模型的建立  22-24
    2.4.2 塔架静态分析  24-28
    2.4.3 塔架静态分析结果讨论  28
    2.4.4 塔架动态特性分析  28-29
    2.4.5 塔架动态特性分析结果讨论  29-31
第三章风力发电机叶片可靠性分析  31-38
  3.1 可靠性概论  31-32
    3.1.1 系统  31-32
  3.2 结构可靠度  32-34
    3.2.1 结构极限状态  32
    3.2.2 结构可靠度分析的一次二阶矩方法  32-34
  3.3 叶片疲劳载荷的可靠性分析  34-38
    3.3.1 玻璃钢疲劳性能曲线  34
    3.3.2 疲劳累积损伤准则  34-35
    3.3.3 风速分布  35-36
    3.3.4 疲劳载荷  36
    3.3.5 疲劳载荷下可靠度实例计算  36-38
第四章风力发电机可靠性估计  38-47
  4.1 模糊可靠性估计  39-41
    4.1.1 模糊可靠性的定义  39
    4.1.2 模糊可靠性的主要指标  39-40
    4.1.3 隶属函数的确定  40-41
  4.2 模糊Bayes方法  41-45
    4.2.1 Bayes 方法的基础知识  41-42
    4.2.2 模糊寿命数据  42-43
    4.2.3 模糊Bayes 估计  43-45
  4.3 实例计算  45-47
第五章结论  47-48
参考文献  48-50
在学研究成果  50-51
致谢  51

兆瓦级风力发电机组关键部件的可靠性研究

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