大型风电机组的模态分析研究
发布时间：2021-10-27 17:26
随着全球能源结构的快速调整,新能源在能源结构中所占比重越来越大。其中,风力发电技术以其清洁、广泛、可循环的优势得到了快速发展。本文在对大型风力发电机组的工作原理以及主要结构构成进行阐述的基础上,对风电机组的气动载荷来源、引起风电机组振动的主要不平衡载荷来源以及风电机机组各主要结构振动形式进行了系统的分析。结合实际情况,通过对振动理论与模态分析方法的介绍,针对风电机组运行过程中的动力学分析与监测需要,基于目前已经较为成熟的运行模态分析方法对风电机组主要结构的振动特性进行分析,并结合理论模态参数进行结构状态评估。结合风电机组的实际运行情况,对模态分析的理论模态分析与试验模态分析方法分别进行了介绍。首先利用理论模态分析方法对风电机组进行了模态分析,基于风电专业设计软件Bladed,根据山西某风场1.5MW在役风电机组参数,对该机组叶片以及塔筒的理论模态进行了分析运算。采用3D建模软件Pro/E对待测风电机组塔筒进行1:1建模,并基于有限元分析软件ANSYS利用有限元方法进行模态分析,得到了塔筒的理论模态参数。基于试验模态分析理论,针对人工激励难以实现的问题,对环境激励下大功率在役风电机组的工...
【文章来源】：山西大学山西省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图2.2双馈异步型风力发电机组主要结构
3.2.1基于Bladed的风电机组模态分析Bladed是风电行业应用较广的风电设计专业软件，可在设计阶段对风电机组进行机组结构模型构建、外部运行环境的仿真、性能载荷计算、控制策略分析、数据后处理等一系列操作，其中也包含对风电机组的模态分析功能，可利用该软件对风电机组进行模态分析。Bladed已知山西某风场1.5MW风轮直径82m,额定功率1.5MW,额定转速17.4rpm。风轮正常工作转速为级行星，两级平行，增速比为设计寿命20年，该机组已经在役基于Bladed对风电机组进行模态分析电机组的叶片、风轮、塔筒、机舱、控制、传动链、空气流场的结构参数以及特征参数进行了定义，借助其中的模态分析模块，对叶片以及塔筒的前算、根据机组参数对模态阻尼进行设置、设置方位角运算可以得到机组叶片与塔筒的模态参数如图大功率风电机组的模态分析研究20风电机组模态分析的界面图如图3.2所示。1.5MW双馈型风电机组，为水平轴三叶片，叶片长度为1.5MW,切入风速3m/s,切出风速25m/s，额定风速11-19.5rpm，齿轮箱为三级增速、其中一，两级平行，增速比为99.7，发电机额定转速1800rpm,额定输出功率该机组已经在役10年，本文以该机组为研究对象。图3.1Bladed的软件界面图对风电机组进行模态分析，对山西某风场待分析的算、根据机组参数对模态阻尼进行设置、设置方位角度，通过Bladed3.2。40.25m，11.3m/s，1550kw,对山西某风场待分析的1.5MW在役风3阶模态进行计模态分析模块
。3.2.2基于ANSYS的风电机组模态分析有限元法是理论模态分析中常见的方法，借助专业的有限元分析软件例如ANSYS、ABAQUS等，对系统的模型进行构建，在软件中进行模型定义，射、载荷映射、网格化等操作，之后进行模态动力学分析。工程结构设计阶段，常利用借助有限元分析软件ANSYS过将模型进行格式转换导入作、约束施加，静力学分析以及模态分析操作得到结构振动模态参数的固有频率，阻尼系数等，将分析结果作为结构优化设计以及结构疲劳寿命延展的基矗Workbench的界面图如图3.3第三章风电机组的理论模态分析21图3.2基于Bladed的模态分析结果从上图可以看出，该模态运算结果主要包括风电机组叶片以及塔筒的固有频率，一阶挥舞固有频率为0.958Hz,一阶摆振模态固有频率为1.458Hz0.47Hz附近。该结果可用于风电机组控制过风电机组模态分析模态分析中常见的方法，借助专业的有限元分析软件例如等，对系统的模型进行构建，在软件中进行模型定义，工程结构设计阶段，常利用ANSYS的DesignMode模块建立1：对工程结构动力学振动特性进行有限元分析试验。通ANSYSWorkbench中，依次进行材料设置、网格化操，将分析结果作为结构优化设计以及结构疲劳寿命延展的基矗所示。阻尼比、振动模态类型等信息。风电机组叶片的振动模态类型包括摆振模态、挥舞，与叶等，对系统的模型进行构建，在软件中进行模型定义，材料映1的三维模型，ANSYS
【参考文献】：
期刊论文
[1]齿轮箱振动信号降噪及特征提取方法研究[J]. 卢昌仁. 现代机械. 2020(01)
[2]风电装备故障诊断与健康监测研究综述[J]. 陈雪峰,郭艳婕,许才彬,商红兵. 中国机械工程. 2020(02)
[3]振动响应传递率及其工作模态分析方法综述[J]. 李星占,岳晓斌,黄文,董兴建,彭志科. 振动与冲击. 2019(18)
[4]随机子空间法在海上风电结构模态参数识别中的应用[J]. 喻旭明,罗金平,齐聪山,刘福顺. 青岛理工大学学报. 2018(03)
[5]基于阶次分析的风电机组在线模态参数识别与故障诊断[J]. 李静立,王谦,张军,李磊磊. 山东大学学报(工学版). 2017(04)
[6]基于小波包-包络样本熵的故障特征提取方法及其应用[J]. 李其龙,王灵梅,孟恩隆,申戬林,孟秉贵. 可再生能源. 2016(09)
[7]环境激励下海上风电结构模态参数识别[J]. 张敏,徐霄龙,陈玉静,张翼,杜君峰. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2016(08)
[8]谐波干扰下海上风机结构工作模态识别[J]. 董霄峰,练继建,杨敏,王海军. 振动与冲击. 2015(10)
[9]海上风电结构在环境激励下的试验模态分析[J]. 蔡鸥,王中平,董霄峰. 水利水电技术. 2014(04)
[10]基于小波变换的齿轮箱振动信号降噪处理[J]. 李浩,董辛旻,陈宏,张继兴. 机械设计与制造. 2013(03)
博士论文
[1]高速列车齿轮箱载荷特征及应变场识别方法研究[D]. 胡伟钢.北京交通大学 2019
[2]大型风力发电机组功率及载荷优化控制方法与技术研究[D]. 韩兵.湖南大学 2018
[3]海上风机结构振动特性分析与动态参数识别研究[D]. 董霄峰.天津大学 2014
[4]基于模型定阶和信号消噪的海洋平台结构模态参数识别研究[D]. 包兴先.中国海洋大学 2010
[5]空间网格结构健康监测系统关键技术研究[D]. 刘伟.哈尔滨工业大学 2009
[6]环境激励下海洋平台结构模态参数识别与损伤诊断研究[D]. 杨和振.中国海洋大学 2004
硕士论文
[1]大型风电齿轮箱系统模态分析[D]. 黄鹏.华中科技大学 2014
[2]海上风电结构模态参数识别及极端振动响应的推算[D]. 王中平.天津大学 2014
[3]环境激励下海上风电结构模态参数识别技术研究[D]. 陈玉静.中国海洋大学 2013
[4]兆瓦级风力发电机组振动特性分析[D]. 陈燕.湖南大学 2013
[5]风电机组状态监测与故障智能诊断系统研究[D]. 郭东杰.山西大学 2012
[6]基于有限元法的风电机组齿轮箱结构模态分析[D]. 车利明.华北电力大学 2012
[7]海上风电结构模态参数识别及动态荷载反分析研究[D]. 董霄峰.天津大学 2011
[8]齿轮箱模态分析和结构优化方法研究[D]. 张学亮.太原理工大学 2010
[9]叶轮叶片振动模态分析与实验研究[D]. 袁海峰.武汉理工大学 2010
[10]基于振动信号处理及模态分析的机械故障诊断技术研究[D]. 张生.燕山大学 2009
本文编号：3462050
【文章来源】：山西大学山西省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图2.2双馈异步型风力发电机组主要结构
3.2.1基于Bladed的风电机组模态分析Bladed是风电行业应用较广的风电设计专业软件，可在设计阶段对风电机组进行机组结构模型构建、外部运行环境的仿真、性能载荷计算、控制策略分析、数据后处理等一系列操作，其中也包含对风电机组的模态分析功能，可利用该软件对风电机组进行模态分析。Bladed已知山西某风场1.5MW风轮直径82m,额定功率1.5MW,额定转速17.4rpm。风轮正常工作转速为级行星，两级平行，增速比为设计寿命20年，该机组已经在役基于Bladed对风电机组进行模态分析电机组的叶片、风轮、塔筒、机舱、控制、传动链、空气流场的结构参数以及特征参数进行了定义，借助其中的模态分析模块，对叶片以及塔筒的前算、根据机组参数对模态阻尼进行设置、设置方位角运算可以得到机组叶片与塔筒的模态参数如图大功率风电机组的模态分析研究20风电机组模态分析的界面图如图3.2所示。1.5MW双馈型风电机组，为水平轴三叶片，叶片长度为1.5MW,切入风速3m/s,切出风速25m/s，额定风速11-19.5rpm，齿轮箱为三级增速、其中一，两级平行，增速比为99.7，发电机额定转速1800rpm,额定输出功率该机组已经在役10年，本文以该机组为研究对象。图3.1Bladed的软件界面图对风电机组进行模态分析，对山西某风场待分析的算、根据机组参数对模态阻尼进行设置、设置方位角度，通过Bladed3.2。40.25m，11.3m/s，1550kw,对山西某风场待分析的1.5MW在役风3阶模态进行计模态分析模块
。3.2.2基于ANSYS的风电机组模态分析有限元法是理论模态分析中常见的方法，借助专业的有限元分析软件例如ANSYS、ABAQUS等，对系统的模型进行构建，在软件中进行模型定义，射、载荷映射、网格化等操作，之后进行模态动力学分析。工程结构设计阶段，常利用借助有限元分析软件ANSYS过将模型进行格式转换导入作、约束施加，静力学分析以及模态分析操作得到结构振动模态参数的固有频率，阻尼系数等，将分析结果作为结构优化设计以及结构疲劳寿命延展的基矗Workbench的界面图如图3.3第三章风电机组的理论模态分析21图3.2基于Bladed的模态分析结果从上图可以看出，该模态运算结果主要包括风电机组叶片以及塔筒的固有频率，一阶挥舞固有频率为0.958Hz,一阶摆振模态固有频率为1.458Hz0.47Hz附近。该结果可用于风电机组控制过风电机组模态分析模态分析中常见的方法，借助专业的有限元分析软件例如等，对系统的模型进行构建，在软件中进行模型定义，工程结构设计阶段，常利用ANSYS的DesignMode模块建立1：对工程结构动力学振动特性进行有限元分析试验。通ANSYSWorkbench中，依次进行材料设置、网格化操，将分析结果作为结构优化设计以及结构疲劳寿命延展的基矗所示。阻尼比、振动模态类型等信息。风电机组叶片的振动模态类型包括摆振模态、挥舞，与叶等，对系统的模型进行构建，在软件中进行模型定义，材料映1的三维模型，ANSYS
【参考文献】：
期刊论文
[1]齿轮箱振动信号降噪及特征提取方法研究[J]. 卢昌仁. 现代机械. 2020(01)
[2]风电装备故障诊断与健康监测研究综述[J]. 陈雪峰,郭艳婕,许才彬,商红兵. 中国机械工程. 2020(02)
[3]振动响应传递率及其工作模态分析方法综述[J]. 李星占,岳晓斌,黄文,董兴建,彭志科. 振动与冲击. 2019(18)
[4]随机子空间法在海上风电结构模态参数识别中的应用[J]. 喻旭明,罗金平,齐聪山,刘福顺. 青岛理工大学学报. 2018(03)
[5]基于阶次分析的风电机组在线模态参数识别与故障诊断[J]. 李静立,王谦,张军,李磊磊. 山东大学学报(工学版). 2017(04)
[6]基于小波包-包络样本熵的故障特征提取方法及其应用[J]. 李其龙,王灵梅,孟恩隆,申戬林,孟秉贵. 可再生能源. 2016(09)
[7]环境激励下海上风电结构模态参数识别[J]. 张敏,徐霄龙,陈玉静,张翼,杜君峰. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2016(08)
[8]谐波干扰下海上风机结构工作模态识别[J]. 董霄峰,练继建,杨敏,王海军. 振动与冲击. 2015(10)
[9]海上风电结构在环境激励下的试验模态分析[J]. 蔡鸥,王中平,董霄峰. 水利水电技术. 2014(04)
[10]基于小波变换的齿轮箱振动信号降噪处理[J]. 李浩,董辛旻,陈宏,张继兴. 机械设计与制造. 2013(03)
博士论文
[1]高速列车齿轮箱载荷特征及应变场识别方法研究[D]. 胡伟钢.北京交通大学 2019
[2]大型风力发电机组功率及载荷优化控制方法与技术研究[D]. 韩兵.湖南大学 2018
[3]海上风机结构振动特性分析与动态参数识别研究[D]. 董霄峰.天津大学 2014
[4]基于模型定阶和信号消噪的海洋平台结构模态参数识别研究[D]. 包兴先.中国海洋大学 2010
[5]空间网格结构健康监测系统关键技术研究[D]. 刘伟.哈尔滨工业大学 2009
[6]环境激励下海洋平台结构模态参数识别与损伤诊断研究[D]. 杨和振.中国海洋大学 2004
硕士论文
[1]大型风电齿轮箱系统模态分析[D]. 黄鹏.华中科技大学 2014
[2]海上风电结构模态参数识别及极端振动响应的推算[D]. 王中平.天津大学 2014
[3]环境激励下海上风电结构模态参数识别技术研究[D]. 陈玉静.中国海洋大学 2013
[4]兆瓦级风力发电机组振动特性分析[D]. 陈燕.湖南大学 2013
[5]风电机组状态监测与故障智能诊断系统研究[D]. 郭东杰.山西大学 2012
[6]基于有限元法的风电机组齿轮箱结构模态分析[D]. 车利明.华北电力大学 2012
[7]海上风电结构模态参数识别及动态荷载反分析研究[D]. 董霄峰.天津大学 2011
[8]齿轮箱模态分析和结构优化方法研究[D]. 张学亮.太原理工大学 2010
[9]叶轮叶片振动模态分析与实验研究[D]. 袁海峰.武汉理工大学 2010
[10]基于振动信号处理及模态分析的机械故障诊断技术研究[D]. 张生.燕山大学 2009
本文编号：3462050
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