风力机概念设计阶段多学科可靠性优化设计方法研究

发布时间：2020-06-07 05:39

【摘要】：随着市场竞争的加剧，风能产业对于风力机的可靠性及成本控制提出了更高的要求。开发商希望在产品设计的早期（概念设计阶段）就可以估算成本，并且在确保产品满足性能和可靠性的前提下降低成本，提高产品的市场竞争力。 风力机概念设计阶段需要确定风轮直径、叶尖速比、塔架高度等一系列参数，而这些参数之间是相互耦合的。本文以水平轴式变速恒频变浆距风力机为对象，研究了风力机概念设计阶段多学科可靠性优化设计方法，主要成果如下： （1）以单位发电成本最低为设计目标建立了风力机多学科可靠性设计模型，分析了风力机概念设计中基本设计变量及主要部件对设计目标的影响，，并进行了风力机多学科可靠性求解策略的研究。 （2）基于叶素动量理论进行了风力机叶片气动性能计算，对叶片的弦长和扭角进行了优化。根据得到的风力机叶片气动性能，结合风速分布模型及风速-高度模型建立了概念设计阶段风力机年发电量估算模型，并研究了几个关键参数对年发电量的影响。 （3）建立了风力机齿轮箱的概念设计可靠性优化模型，利用中心点法进行疲劳可靠度的计算，以齿轮体积最小和齿轮箱体积最小为目标进行了多目标优化，并针对不同传动方案进行了比较。 （4）建立了风力机塔架的概念设计可靠性优化模型，简化了塔架力学模型并分析了其主要失效模式，以塔架成本最低为设计目标对塔架壁厚进行了可靠性优化，结合年发电量估算模型分析了塔高对塔架成本及年发电量的影响。 （5）研究了风力机概念设计阶段叶片、塔架及齿轮箱的可靠度设计问题，以总成本最低为设计目标进行了优化，得到了风力机概念设计阶段叶片、齿轮箱和塔架的最佳可靠度。 （6）以某型号1.5MW风力机为例进行风力机概念设计阶段多学科可靠性优化设计，并利用iSIGHT和Matlab软件进行求解。计算结果表明，采用多学科可靠性优化算法能有效增加风能产量，降低单位发电成本，有效提高产品的市场竞争力。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK83

【参考文献】

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本文编号：2700933