风力发电机叶片振动控制策略的研究
发布时间：2021-02-01 23:59
随着现代工业不断发展,能源消耗量与日俱增,以风能、太阳能为代表的可再生能源长期内保持稳定的增长。风力发电机是收集风能和产生电能的设备,叶片是收集风能的核心部件。由于叶片具有较高柔性,在承受风力、叶片重量、离心力等所带来的力和弯矩以及环境因素影响下,会失速而产生不可预测的振动,导致叶片结构发生破坏、失效,影响发电机组正常运行。通过各种被动、主动及主被动混合致动器可以有效抑制叶片的振动,本课题采用压电片作为传感器和致动器,结合阻尼片,对风机叶片振动的主动、被动控制以及主被动混合振动控制策略进行研究。首先对风力机叶片的空气动力学特性及其参数进行分析,在制动盘模型和叶素动量理论基础上建立了风力机的坐标系,基于哈密尔顿原理推导了风机叶片的动力学方程,并以此为基础对风机叶片进行了设计及优化;其次,在研究叶片的低阶振动时,基于欧拉伯努利梁理论推导出叶片的振动方程,并使用有限元分析软件COMSOL对叶片设计风速下的叶片振动特性进行了数值仿真分析;根据上述的理论分析和数值仿真的结果,分别设计了 7种不同的叶片振动控制方案,并利用数值仿真的方法对抑振效果进行了分析比对;最后,设计并搭建了叶片振动控制实验平...
【文章来源】：安徽工程大学安徽省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 研究现状
1.2.1 叶片振动理论国内外研究现状
1.2.2 叶片振动控制国内外研究现状
1.3 研究内容
第2章 风力机叶片基本理论
2.1 风力机叶片及其翼型
2.2 叶片空气动力学理论
2.2.1 制动盘模型及贝茨极限
2.2.2 尾流旋转带来的影响
2.2.3 叶素动量理论
2.3 叶片动力学建模
2.4 本章小结
第3章 叶片设计及振动系统建模
3.1 叶片设计及其优化
3.1.1 叶片参数设计及其优化
3.1.2 叶片的三维建模
3.2 叶片振动系统建模
3.3 流固耦合基本理论
3.4 本章小结
第4章 风机叶片振动特性及控制研究
4.1 叶片翼型二维流场模拟
4.2 叶片振动控制策略研究
4.2.1 叶片振动模态分析
4.2.2 叶片振动控制策略研究
4.3 叶片振动控制数值仿真
4.3.1 叶片一阶振动控制
4.3.2 二阶振动控制
4.4 本章小结
第5章 叶片振动控制实验研究
5.1 实验方案设计
5.2 实验平台设计
5.2.1 风洞工作原理
5.2.2 风洞结构设计
5.2.3 风洞流场数值仿真
5.2.4 其它实验仪器
5.3 实验研究
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
附录1 叶片设计实例
攻读学位期间学术成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于风力发电技术发展现状以及行业发展分析[J]. 柴向春,奎明玮. 中国新通信. 2018(21)
[2]基于DE优化系统辨识的风力机叶片自校正PID振动控制[J]. 李迺璐,徐燕,徐庆,葛强. 振动与冲击. 2018(06)
[3]扰电/压电复合材料风力机叶片振动主动控制实验研究[J]. 乔印虎,韩江,张春燕,陈杰平,缑瑞宾,柳伟续. 太阳能学报. 2017(09)
[4]压电陶瓷智能材料的风机叶片振动主动控制研究[J]. 刘姝,李中涛,秦廷,刘岩,李阳. 大电机技术. 2015(04)
[5]世界能源现状和未来[J]. 樊东黎. 金属热处理. 2011(10)
[6]立轴风力机空气动力学性能流管模型研究[J]. 廖康平,盛其虎,张亮. 太阳能学报. 2009(09)
[7]智能材料的风机叶片振动主动控制分析[J]. 乔印虎,易克传,易勇. 机械研究与应用. 2009(01)
[8]风力发电发展简史及各类型风力机比较概述[J]. 马晓爽,高日,陈慧. 应用能源技术. 2007(09)
博士论文
[1]压电板壳风力机叶片设计与振动控制研究[D]. 乔印虎.合肥工业大学 2014
硕士论文
[1]基于先进辨识算法的风机叶片间接自校正PID振动控制[D]. 徐燕.扬州大学 2016
[2]小型低速风洞的设计与试验[D]. 孔丽丽.内蒙古农业大学 2016
[3]风力发电机叶片优化设计方法研究[D]. 顾怡红.浙江大学 2014
[4]风力发电机叶片设计及三维建模[D]. 王学永.华北电力大学（河北） 2008
本文编号：3013666
【文章来源】：安徽工程大学安徽省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 研究现状
1.2.1 叶片振动理论国内外研究现状
1.2.2 叶片振动控制国内外研究现状
1.3 研究内容
第2章 风力机叶片基本理论
2.1 风力机叶片及其翼型
2.2 叶片空气动力学理论
2.2.1 制动盘模型及贝茨极限
2.2.2 尾流旋转带来的影响
2.2.3 叶素动量理论
2.3 叶片动力学建模
2.4 本章小结
第3章 叶片设计及振动系统建模
3.1 叶片设计及其优化
3.1.1 叶片参数设计及其优化
3.1.2 叶片的三维建模
3.2 叶片振动系统建模
3.3 流固耦合基本理论
3.4 本章小结
第4章 风机叶片振动特性及控制研究
4.1 叶片翼型二维流场模拟
4.2 叶片振动控制策略研究
4.2.1 叶片振动模态分析
4.2.2 叶片振动控制策略研究
4.3 叶片振动控制数值仿真
4.3.1 叶片一阶振动控制
4.3.2 二阶振动控制
4.4 本章小结
第5章 叶片振动控制实验研究
5.1 实验方案设计
5.2 实验平台设计
5.2.1 风洞工作原理
5.2.2 风洞结构设计
5.2.3 风洞流场数值仿真
5.2.4 其它实验仪器
5.3 实验研究
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
附录1 叶片设计实例
攻读学位期间学术成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于风力发电技术发展现状以及行业发展分析[J]. 柴向春,奎明玮. 中国新通信. 2018(21)
[2]基于DE优化系统辨识的风力机叶片自校正PID振动控制[J]. 李迺璐,徐燕,徐庆,葛强. 振动与冲击. 2018(06)
[3]扰电/压电复合材料风力机叶片振动主动控制实验研究[J]. 乔印虎,韩江,张春燕,陈杰平,缑瑞宾,柳伟续. 太阳能学报. 2017(09)
[4]压电陶瓷智能材料的风机叶片振动主动控制研究[J]. 刘姝,李中涛,秦廷,刘岩,李阳. 大电机技术. 2015(04)
[5]世界能源现状和未来[J]. 樊东黎. 金属热处理. 2011(10)
[6]立轴风力机空气动力学性能流管模型研究[J]. 廖康平,盛其虎,张亮. 太阳能学报. 2009(09)
[7]智能材料的风机叶片振动主动控制分析[J]. 乔印虎,易克传,易勇. 机械研究与应用. 2009(01)
[8]风力发电发展简史及各类型风力机比较概述[J]. 马晓爽,高日,陈慧. 应用能源技术. 2007(09)
博士论文
[1]压电板壳风力机叶片设计与振动控制研究[D]. 乔印虎.合肥工业大学 2014
硕士论文
[1]基于先进辨识算法的风机叶片间接自校正PID振动控制[D]. 徐燕.扬州大学 2016
[2]小型低速风洞的设计与试验[D]. 孔丽丽.内蒙古农业大学 2016
[3]风力发电机叶片优化设计方法研究[D]. 顾怡红.浙江大学 2014
[4]风力发电机叶片设计及三维建模[D]. 王学永.华北电力大学（河北） 2008
本文编号：3013666
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