1.5MW风力发电机偏航系统主要结构动态特性分析

发布时间：2017-09-20 09:30

  本文关键词：1.5MW风力发电机偏航系统主要结构动态特性分析

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【摘要】：作为全球各类清洁能源的代表,风能的利用已经广泛深受世界各国的青睐。经过数十年的国内外专家学者的深入研究,风力发电技术取得了长足的进步。我国作为世界第一大风力发电国家,其技术现状与发达国家比较仍旧有很大差距。风作为一种随机载荷,其方向大小的实时性决定了风力发电机组具有风轮时刻对准风向,才能最大限度的将风中的动能转化为电能的特点。偏航系统的主要作用就是使机舱带动风轮转动,保持风轮时刻对准风向。偏航系统的另外一个作用就是为风力发电机组提供足够大的锁紧力矩,以保证风力发电机组稳定工作过程中,机舱不会随意偏转,防止风轮出现较大的振颤现象。风力发电机组大多在野外工作,工作环境复杂,不能很好的进行结构的维护与保养,因此在设计的过程中更应该关注其运行的安全性以及稳定性。本文结合国内外研究现状,分别对齿轮传动系统与轴承支撑系统进行研究。针对传统的叶素动量定理在偏航状态时不能准确应用的问题,通过修正得到很好的解决。应用修正后的叶素动量定理确定风力发电机组偏航状态下的载荷,为后续计算提供数据。在模型的建立过程中,将齿轮传动系统抽象为简单的数学模型,利用坐标变换方法,得到齿轮在啮合时的运动学方程组。通过多体系统动力学理论,应用牛顿碰撞模型,建立起齿轮传动过程的动力学方程。应用多体系统动力学软件ADAMS与Workbench分析研究风力发电机组偏航启动过程中偏航齿轮传动系统的动力学特性。通过仿真计算,得到了动态啮合力的时程曲线,揭示了偏航齿轮传动的动态特性,同时应用计算出齿轮啮合时的接触应力。针对偏航轴承常见的内外圈滚道表层脱落的失效形式,基于赫兹接触理论,应用有限元分析软件Workbench得出偏航轴承在受到载荷作用下的接触应力分布状态。应用数次仿真数据进行分析,得出不同结构参数对偏航轴承最大应力的影响。通过建立精确的模型,分析偏航轴承载荷最大处接触应力以及结构应力的大小及分布。
【关键词】：风力发电机组 偏航系统 齿轮传动 轴承接触 Workbench
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题的研究的背景9-10
• 1.2 国内外风力发电的发展现状10-12
• 1.2.1 世界风电的发展现状10-11
• 1.2.2 我国风电发展现状11-12
• 1.3 偏航系统结构研究现状12-14
• 1.4 本论文研究的主要内容14-15
• 第2章 偏航气动理论及偏航结构15-29
• 2.1 引言15
• 2.2 风力发电机组空气动力学基础15-23
• 2.2.1 风力发电机组偏航时动量定理15-17
• 2.2.2 风力发电机组偏航叶素理论17-20
• 2.2.3 叶素—动量定理20-22
• 2.2.4 偏航轴承载荷22-23
• 2.3 风力发电机组偏航系统的组成结构23-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 偏航齿轮系统动力学分析29-47
• 3.1 引言29
• 3.2 建立齿轮传动系统动力学模型29-32
• 3.3 齿轮传动接触分析32-34
• 3.3.1 齿轮啮合刚度分析32-33
• 3.3.2 齿轮啮合力计算33-34
• 3.4 偏航齿轮接触系统的仿真分析34-38
• 3.4.1 偏航齿轮系统建模34-37
• 3.4.2 仿真分析37-38
• 3.5 偏航齿轮动态接触分析38-46
• 3.5.1 Workbench软件简介38-39
• 3.5.2 齿轮分析前处理39-40
• 3.5.3 齿轮啮合后处理40-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第4章 偏航轴承接触分析47-66
• 4.0 引言47
• 4.1 轴承接触理论分析47-50
• 4.1.1 偏航轴承接触理论分析47-49
• 4.1.2 最大静态切应力49-50
• 4.2 轴承接触应力分析50-56
• 4.2.1 轴承三维模型的建立50-53
• 4.2.2 计算结果分析53-56
• 4.3 不同结构参数对轴承应力分布的影响56-60
• 4.3.1 不同载荷作用下轴承的接触力学分析56-57
• 4.3.2 轴承不同游隙对轴承接触应力的影响57-58
• 4.3.3 初始接触角对应力分布的影响58-59
• 4.3.4 沟曲率半径系数对应力分布的影响59-60
• 4.4 偏航轴承精确分析60-64
• 4.4.1 部分模型的建立60-61
• 4.4.2 表面接触应力分析61-62
• 4.4.3 最大切应力分析62-63
• 4.4.4 等效应力分析63-64
• 4.5 本章小结64-66
• 第5章 总结与展望66-68
• 5.1 总结66
• 5.2 展望66-68
• 参考文献68-70
• 在学研究成果70-71
• 致谢71

【参考文献】

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本文编号：887258