风力发电机叶片长期暴露于恶劣的高空环境,极易产生质量不平衡故障,对风力机的稳定可靠运行影响极大。传统的叶片质量不平衡研究主要集中于对风力发电机组功率和塔筒的分析。基础环式基础广泛应用于风力发电机,在循环荷载作用下易发生损伤破坏。因此,基于叶素动量等理论建立考虑叶片质量不平衡故障的基础环式风机基础服役性能评估模型,模型利用解析方法计算质量失衡叶片对基础造成的附加荷载,结合平衡条件和连续性条件,选用大型有限元软件ABAQUS模拟分析叶片质量不平衡故障对风力机基础应力、疲劳寿命以及侧壁混凝土裂缝发展规律的影响。结果发现:质量失衡叶片在水平方向对风力机基础疲劳寿命的影响最大,叶片质量失衡故障会加快基础混凝土损伤过程,增加基础环的水平度,进而降低风力机基础整体服役的可靠性。此外,建议风力机发...

本文综合考虑了旋翼、机身、平尾气动特性,建立了共轴刚性直升机XH-59A前飞气动力模型。旋翼性能计算建立在叶素动量理论和Pitt/Peters入流模型的基础上,考虑了上下旋翼的相互干扰和周期变距,获得旋翼和直升机的力和力矩随旋翼总距的变化,验证了风洞试验结果,预测的旋翼的推力系数为试验值的88%~101%。针对直升机前飞时保持力和力矩平衡,构建了基于梯度优化方法的快速通用配平策略,控制参数包括上下旋翼总距、横向和纵向周期变距,以及桨盘倾角。预测了控制参数随前进比的变化,与飞行试验数据进行了对比,在前进比0~0.4范围内,控制参数的变化趋势相同,桨盘倾角、总距、纵向周期变距最大相差6°,差动总距最大相差1°,横向差动距最大相差2.4°,验证了气动配平和性能分析的可靠性。

研究浅水半潜式大功率浮式风力机波浪载荷和气动力引起的基础结构疲劳损伤,揭示基础结构的疲劳损伤机理。采用谱疲劳损伤计算分析方法,以10 MW风力机为例,计算波浪载荷引起的热点应力及多种海况引起的疲劳损伤。采用叶素动量理论并基于所在海域的风速分布,计算叶轮转动引起的气动力及其引起的疲劳损伤。计算结果表明,对于半潜式三立柱浮式风力机,波浪载荷引起的基础结构应力远大于气动力引起的基础结构应力,基础结构损伤主要是由波浪载荷引起,气动力引起的浮式基础结构的损伤为10-3量级,而波浪载荷引起的损伤为10-1量级。

叶片是风力发电机组捕获风能的核心部件,因此叶片的气动性能及可靠性是风力机安全运行的关键。本文以某1.5 MW风力机为研究对象,采用GH Bladed计算软件计算得到风力机叶片气动载荷的分布规律,并分析了风速及叶尖速比对叶片的气动载荷影响特性。结果表明轴向荷载数值远大于切向荷载数值,轴向荷载数值沿着叶片尖端到叶片根部不断减小,随着风速的增大,轴向荷载沿展向分布曲线愈加平缓;叶根气动载荷中起控制作用的是轴向推力与挥舞方向弯矩,且随着风速增加至额定风速而单调增加;叶尖速比增大至5时,轴向荷载沿展向分布曲线平缓且峰值减小,当叶尖速比从7增大至11时,轴向荷载在叶尖又出现尖点且峰值大幅增加;当叶尖速比增大至7时,切向荷载逐渐增大,当叶尖速比从7增至11时,切向荷载减小;叶根气动载荷中起控制作用的是轴向推力与挥舞方向弯矩,...

湍流边界层尾缘噪声是翼型及风力机气动噪声的主要来源。本文应用的壁面压力谱方法是基于Aimet噪声理论提出的一种翼型尾缘噪声预测模型。首先,分别采用Goody、Rozenberg、Kamruzzaman、Lee、Hu等五种不同的壁面压力谱方法,对NACA0012和NACA64-618翼型进行噪声预测,并与实验数据对比,分析了各攻角和雷诺数下壁面压力谱方法对翼型尾缘噪声预测的准确性。其次,在Lee翼型尾缘边界层噪声建模的基础上,结合风力机叶素-动量理论,创新性地提出了一种新的风力机气动噪声预测模型,并与Bonus Combi 300 kW风力机的气动噪声实验数据进行对比,噪声谱对比结果验证了当前模型的有效性。该研究可为相关风力机气动噪声研究提供一种新的预测方法。

基于多数专业风机数值模拟软件只可进行一阶波浪荷载计算这一缺点,文中将以AQWA为基础,利用其可进行二次开发的技术优势,通过实时调用风机气动荷载,实现海上TLP浮式风机分析。分析中,浮式风机平台一阶、二阶波浪荷载由AQWA计算,实时调用的气动荷载由动态链接库提供。该动态链接库主要包含了根据叶素动量定理自行编译的气动荷载计算程序。经过与FAST比较,得知该方法能满足分析需求。垂荡、纵摇力的二阶效应尤为明显。仅计算浮式风机平台波浪荷载时,可以不考虑风荷载的影响,但必须考虑平台运动的影响,波浪荷载主要受纵荡、纵摇运动影响,几乎不受垂荡运动的影响;当研究浮式风机平台运动时,必须考虑风荷载和二阶波浪荷载的影响,二阶波浪荷载使得平台响应在整个频率范围内都明显增大。张力筋腱张力受二阶波浪荷载的作用更明显。

风力机气动力学一直是国内外研究的热点课题之一.目前相关研究大都是基于确定性工况条件，但因风力机常年工作在自然来流复杂环境，风速随机波动致使风电系统呈现不确定性，对电网稳定性带来巨大挑战，因此进行不确定风速条件下风力机气动力学研究具有重要意义.为揭示不确定性对风力机流场影响机理并明确其对气动力的影响程度，本文提出一种风力机不确定空气动力学分析方法，基于修正叶素动量理论和非嵌入式概率配置点法，建立水平轴风力机不确定性空气动力学响应模型;以NREL Phase VI S809风力机叶轮为研究对象，基于该模型提取风力机输出随机响应信息，量化不确定风速对风力机风轮功率、推力、叶片挥舞弯矩和摆振弯矩的影响程度;通过分析流动诱导因子不确定性在叶片展长方向上的分布规律，揭示不确定因素在风力机本体上的传播...