兆瓦级风机偏航系统仿真分析与优化.pdfVIP

2014年 8月 机械设计与制造工程 Agu．2014 第43卷 第 8期 MachineDesignandManufacturingEngineering Vo1．43NO．8 DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2014．08．005 兆瓦级风机偏航系统仿真分析与优化 袁 溟 ，‘杨 俊 ，武美萍 (1．上海飞机制造有限公司，上海 200436) (2．江南大学 机械工程学院，江苏 无锡 214122) 摘要：偏航控制系统的作用就是保持机舱与风向一致，使风力发 电机尽可能多地获取风能。针对 风向的频繁变化，编写了一种 自动偏航控制程序。在此基础上，对兆瓦级玻璃钢风力机叶片在风 力、重力和离心力的耦合作用下的静力学进行仿真分析。通过对叶片额定风况下的静力学分析， 不仅检验了叶片正常运行时的安全性，而且为后续的疲劳寿命分析提供疲劳载荷依据。根据 Miner线性累积损伤法则的玻璃钢叶片疲劳寿命估计方法，实现对风机叶片疲劳寿命的计算。以 仿真结果为依据，进行铺层优化设计，降低了叶片应力，提高了使用寿命。 关键词：风机；玻璃钢叶片；疲劳寿命；铺层优化 中图分类号：TK83 文献标识码：A 文章编号：2095—509X(2014)08—0018—04 随着全球温室效应的13益严重和石油、煤炭等 不可再生资源的31益匮乏，世界各国正31益重视新 兴绿色能源的发展。风力发电以其无污染性和可 再生性受到普遍重视…。由于风 向总是时刻变化 的，因此偏航控制系统是风电机组实现高效稳定运 行的关键。主动偏航控制系统能够控制风电机组 始终跟踪变化的风向来实现最佳对风，提高风力发 电的效率 』。本文对 2MW 风力发电机主动偏航 系统进行研究，以保护风机和提高风能利用率。在 完成偏航设计的基础上，模拟仿真风机叶片实际运 行时所受的风力载荷，进而对其进行结构分析与优 化。 1 偏航控制系统设计 偏航系统的控制过程可以分为 ：自动润滑 、自 动解缆、人工偏航、自动偏航 J。其 中自动偏航过 程是以风向传感器输出为基准检测风向、风速，并 将所测风 向信号送到控制器，当风向改变超过允许 误差范围时，控制器发出自动偏航指令给驱动机 图1 自动偏航控制程序流程图 构，从而调整机舱的方 向，实现对准风 向的 目 的_4J。本文所设计的自动偏航系统控制流程如图 时针调向时为正，逆时针调向为负。 1所示。 其 中： 为机舱偏航角度和；lyI为偏航有条 2 风力载荷计算 件解缆限位角度 ，偏航的允许误差为 ±15。，机舱顺 风电机组受力载荷计算复杂，根据载荷来源可 收稿 日期2014—07—03 作者简介：袁溟(1969一)，男，江西九江人，上海飞机制造有限公司工程师，主要从事飞行器制造工艺及精益制造工作。 · 18 · 2014年第8期 袁溟：兆瓦级风机偏航系统仿真分析与优化 分为：空气动力载荷；重力载荷；惯性载荷，包括离 表 1 各风速下平均气动载荷值 心力和科氏力；操纵载荷 ；其他载荷 ，如温度载荷和 结冰载荷等 ]。其中风力机最主要的动力来源是 作用在风力机叶片上的空气动力L6]。空气动力载 荷计算如下： a．气动力产生的剪力。 Q。=Jgdr (1) r Q =lqy．dr (2) J r 式中：R为风轮半径 ；r为截面到风轮轴线的距离； q 和g 分别为叶片单位长度截面沿 轴和Y轴方 向的气动力。 b．气动力产生的弯矩。 rR = I(r。一r)qradr。 (3) J r 广R