大型直驱风力机多体动力学特性与仿生设计研究
发布时间：2021-11-17 09:31
随着风力机向着大型化与海上化发展，传统的带齿轮箱的风力机已经不能满足快速发展的风电市场需求。直驱风力机由于具有更高的稳定性、可维护性和成本效益，已经成为了风力机发展的主要方向。本文对大型直驱风力机的动力学特性进行了分析与研究，并借鉴棕榈科植物高柔顺性特性，对风力机仿生设计进行了初步的探索。鉴于直驱风力机结构之间的刚度分布特性，本文把塔架和叶片看作柔性体，把传动链结构、轮毂等看作刚形体；在柔性体和刚形体坐标转换矩阵的基础上，引入薄壁梁单元变形理论，通过牵连坐标系转换，把直驱风力机任意点在局部坐标系下的位移方程，统一至广义惯性坐标系下，逐步推导得到风力机各主要部件的动能与势能表达式，最后应用拉格朗日方程，得到直驱风力机刚柔多体结构动力学方程。在此基础上，建立1.5MW直驱风力机三维实体模型，借助数值仿真计算方法，对该型号风力机主要部件及整机进行固有特性分析，并研究风力机主要部件之间的耦合特性，结果表明：该1.5MW直驱风力各主要结构之间没有出现危险的耦合共振的情况，该设计成功实现了动力学解耦。此外，本文分析风轮转速对风力机动态特性的影响时，发现随着转速增大，动力刚化效应越明显，因此，建议直...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
001-2011年中国风电装机情况示意图
直驱风力机与传统带齿轮箱风力机的不同主要在于传动链结构，由于它不再使用齿轮箱增速装置，因此传动结构相对更加简单。直驱风力机传动链系统主要由主轴承、转子支架、转子磁极、定子铁芯、定子支架和支撑机舱等组成，如图1-3所示。由于直驱式风力机弃用了齿轮箱，因此，机罩内的主要结构就是电磁感应结构了。直驱式发电机由于极数很多，整体直径一般也比较大。根据电磁转子与定子的运动关系，直驱风力机可以分为：外转子直驱式发电机和内转子直驱式风力机。外转子电机的特点是定子固定在轴中间位置不动，转子在定子的外围旋转；内转子直驱式风力机与此相反，定子固定在定子支架上，而内转子随着风轮旋转发电。本文主要的研究对象为内转子直驱式风力机。随着高磁能永磁体技术迅猛发展，稀土永磁材料在直驱式发电机中逐渐地得到了广泛应用。采用永磁体技术的直驱式发电机结构更加简单、效率更高。此外，新型的双凸极发电机与开关磁阻发电机也在永磁直驱式发电机在得到应用。图 1-3 直驱风力机系统结构示意图近些年，随着风力机向着大型化与海上化的发?
222(1 cos ) cos (1 cos ) sin (1 cos ) sin(1 cos ) sin (1 cos ) cos (1 cos ) sind( , , ))(1 cos ) sin (1 cos ) sin (1 cos ) cos0 0x x y z x z y x y z y y z x x y zx z y y z x z i i i i i i i i i i i i i i d d di i i i i i i + + + + = + +0 yi ，zi 分别是单位向量 i 的分量，而xd ，yd ，zd 分别是位移方程的叶片和塔架都是大长径比结构，可以看作是具有如图壁梁的厚度，在轴向方向 z 上是变化，但在圆周方向薄壁梁的最大厚度， l 表示薄壁结构的外径，L 是薄壁应该符合以下条件[20]：/ 0.1maxh l ≤ , l / L ≤ 0.1
【参考文献】：
期刊论文
[1]近海风机叶片动力特性分析(英文)[J]. 李静,陈健云,陈小波. Journal of Marine Science and Application. 2011(01)
[2]广东湛江地区绿化树种抗风性评价与分级选择[J]. 吴志华,李天会,张华林,谢耀坚. 亚热带植物科学. 2011(01)
[3]植物叶片中轴图式与力学自适应性的关系（Ⅱ）——不同向量角的叶脉结构和叶片拓扑图[J]. 刘旺玉,龚佳兴,侯文峰. 华南理工大学学报(自然科学版). 2009(08)
[4]Elastic Buckling of Bionic Cylindrical Shells Based on Bamboo[J]. Jian-feng Ma1, Wu-yi Chen1, Ling Zhao1, Da-hai Zhao2 1. School of Mechanical Engineering and Automation, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing 100083, P. R. China 2. Shenyang Aircraft Design Institute, Shenyang 110035, P. R. China. Journal of Bionic Engineering. 2008(03)
[5]基于浸入式边界的流固耦合的非定常数值模拟研究[J]. 钟国华,梁岸,孙晓峰. 工程热物理学报. 2007(03)
[6]植物叶片中轴图式与力学自适应性的关系（Ⅰ）——试验研究和数值模拟[J]. 刘旺玉,侯文峰,欧元贤. 华南理工大学学报(自然科学版). 2007(03)
[7]新型风力发电系统[J]. 杜新梅,刘坚栋,李泓. 高电压技术. 2005(01)
[8]当今的永磁材料及大型永磁风力发电机[J]. 黄顺礼. 电气技术. 2005(01)
[9]柔性桨风力机理论研究[J]. 包耳,刘德庸,邵晓荣. 机械设计. 2004(09)
[10]柔性多体系统产生动力刚化原因的研究[J]. 蒋丽忠,洪嘉振. 计算力学学报. 1999(04)
硕士论文
[1]风力机结构动力学特性研究[D]. 陈荣盛.西华大学 2009
本文编号：3500634
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
001-2011年中国风电装机情况示意图
直驱风力机与传统带齿轮箱风力机的不同主要在于传动链结构，由于它不再使用齿轮箱增速装置，因此传动结构相对更加简单。直驱风力机传动链系统主要由主轴承、转子支架、转子磁极、定子铁芯、定子支架和支撑机舱等组成，如图1-3所示。由于直驱式风力机弃用了齿轮箱，因此，机罩内的主要结构就是电磁感应结构了。直驱式发电机由于极数很多，整体直径一般也比较大。根据电磁转子与定子的运动关系，直驱风力机可以分为：外转子直驱式发电机和内转子直驱式风力机。外转子电机的特点是定子固定在轴中间位置不动，转子在定子的外围旋转；内转子直驱式风力机与此相反，定子固定在定子支架上，而内转子随着风轮旋转发电。本文主要的研究对象为内转子直驱式风力机。随着高磁能永磁体技术迅猛发展，稀土永磁材料在直驱式发电机中逐渐地得到了广泛应用。采用永磁体技术的直驱式发电机结构更加简单、效率更高。此外，新型的双凸极发电机与开关磁阻发电机也在永磁直驱式发电机在得到应用。图 1-3 直驱风力机系统结构示意图近些年，随着风力机向着大型化与海上化的发?
222(1 cos ) cos (1 cos ) sin (1 cos ) sin(1 cos ) sin (1 cos ) cos (1 cos ) sind( , , ))(1 cos ) sin (1 cos ) sin (1 cos ) cos0 0x x y z x z y x y z y y z x x y zx z y y z x z i i i i i i i i i i i i i i d d di i i i i i i + + + + = + +0 yi ，zi 分别是单位向量 i 的分量，而xd ，yd ，zd 分别是位移方程的叶片和塔架都是大长径比结构，可以看作是具有如图壁梁的厚度，在轴向方向 z 上是变化，但在圆周方向薄壁梁的最大厚度， l 表示薄壁结构的外径，L 是薄壁应该符合以下条件[20]：/ 0.1maxh l ≤ , l / L ≤ 0.1
【参考文献】：
期刊论文
[1]近海风机叶片动力特性分析(英文)[J]. 李静,陈健云,陈小波. Journal of Marine Science and Application. 2011(01)
[2]广东湛江地区绿化树种抗风性评价与分级选择[J]. 吴志华,李天会,张华林,谢耀坚. 亚热带植物科学. 2011(01)
[3]植物叶片中轴图式与力学自适应性的关系（Ⅱ）——不同向量角的叶脉结构和叶片拓扑图[J]. 刘旺玉,龚佳兴,侯文峰. 华南理工大学学报(自然科学版). 2009(08)
[4]Elastic Buckling of Bionic Cylindrical Shells Based on Bamboo[J]. Jian-feng Ma1, Wu-yi Chen1, Ling Zhao1, Da-hai Zhao2 1. School of Mechanical Engineering and Automation, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing 100083, P. R. China 2. Shenyang Aircraft Design Institute, Shenyang 110035, P. R. China. Journal of Bionic Engineering. 2008(03)
[5]基于浸入式边界的流固耦合的非定常数值模拟研究[J]. 钟国华,梁岸,孙晓峰. 工程热物理学报. 2007(03)
[6]植物叶片中轴图式与力学自适应性的关系（Ⅰ）——试验研究和数值模拟[J]. 刘旺玉,侯文峰,欧元贤. 华南理工大学学报(自然科学版). 2007(03)
[7]新型风力发电系统[J]. 杜新梅,刘坚栋,李泓. 高电压技术. 2005(01)
[8]当今的永磁材料及大型永磁风力发电机[J]. 黄顺礼. 电气技术. 2005(01)
[9]柔性桨风力机理论研究[J]. 包耳,刘德庸,邵晓荣. 机械设计. 2004(09)
[10]柔性多体系统产生动力刚化原因的研究[J]. 蒋丽忠,洪嘉振. 计算力学学报. 1999(04)
硕士论文
[1]风力机结构动力学特性研究[D]. 陈荣盛.西华大学 2009
本文编号：3500634
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/xnylw/3500634.html
