基于调谐液柱阻尼器的风力发电机塔筒减振控制研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wennny77
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过去十年间,我国的风电行业迅猛发展,新增装机容量屡创新高。为了更高效地捕获风能、提高发电效率,风力发电机在向着大型化的方向发展,单机容量不断提升。这也使得风电塔筒的高柔特性越发显著,更易产生不利振动,从而导致结构的寿命降低,甚至出现倒塌破坏。因此,本文基于调谐液柱阻尼器(Tuned liquid column damper,TLCD)的基本原理,以某2MW风力发电机为研究对象,结合塔筒风致响应的动力特性,从数值分析和振动台试验两方面对TLCD在不同参数下的减振性能进行了对比分析,为塔筒减振提供了参考。主要研究内容包括以下几方面:(1)在ABAQUS软件中建立了风力发电机的有限元模型,将机舱、叶片和轮毂简化为塔筒顶部的质量点,对其进行模态分析。分别采用指数模型和谐波叠加法对平均风速和脉动风速进行模拟,通过伯努利方程和叶素动量理论分别计算塔筒和叶片风荷载。采用动力隐式分析步计算有限元模型的风致响应,并分析塔筒响应的动力特性。结果表明,额定风速下风力发电机的响应体现了一阶模态的特性。(2)将风力发电机简化为一广义单自由度体系,建立TLCD-单自由度体系的运动方程。在MATLAB软件中通过Newmark-β法对其进行动力时程计算,分析比较质量比、阻尼比和频率比对TLCD减振性能的影响,获得最优参数下TLCD的减振性能。而后,考虑到机舱对TLCD尺寸的限制,研究同质量比下的多重调谐液柱阻尼器(Multiple tuned liquid column damper,MTLCD)减振性能的提升,建立MTLCD-单自由度体系运动方程,并分析了频带宽、中心频率比和数量对减振性能的影响。(3)根据风力发电机缩尺模型的基频,设计了不同参数的TLCD实际模型,并开展了安装有TLCD的风力发电机缩尺模型小型振动台试验。在风力发电机的顺风向输入等效风荷载,分析比较不同参数下的TLCD顺风向和横风向塔筒顶部位移和加速度减振性能差异。并且,对TLCD装置在EI Centro波和Kobe波作用下的减振性能也做了分析。结果表明,TLCD在实际的塔筒顺风向和横风向振动中均能起到良好的减振效果。
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