基于土壤阻尼曲线的海上风电机组响应分析 被引量：2

1

作者 田德 陈静 +2 位作者 陶立壮 罗涛 邓英 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期2886-2891,共6页

以NREL 5 MW单桩式海上风电机组为研究对象,基于p-y曲线法与土壤阻尼曲线建立有限元模型,通过自由振动分析与时域仿真分析,分别获得基于土壤阻尼曲线的海上风电机组结构响应。结果表明:支撑结构土壤阻尼对土壤剪应变较为敏感,且在自由... 以NREL 5 MW单桩式海上风电机组为研究对象,基于p-y曲线法与土壤阻尼曲线建立有限元模型,通过自由振动分析与时域仿真分析,分别获得基于土壤阻尼曲线的海上风电机组结构响应。结果表明:支撑结构土壤阻尼对土壤剪应变较为敏感,且在自由振动分析结果额定条件下达到最大值1.259%;相比塔顶位移与转角,泥面位移与转角最大值对土壤阻尼响应更为敏感。在设计过程中,考虑土壤材料阻尼时,可选择土壤阻尼曲线用于土壤建模。 展开更多

关键词 海上风电机组 有限元分析 土壤结构相互作用 阻尼

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10 MW张力腿平台风电机组极端条件下响应特性分析 被引量：2

2

作者 罗涛 田德 +2 位作者 陶立壮 陈静 邓英 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期3221-3228,共8页

使用FAST构建10 MW漂浮式风电机组的完全耦合非线性模型,针对极端情况,通过耦合求解器FAST对张力腿平台(TLP)式风电机组的叶片、塔架和平台等关键部件进行研究。结果表明:在最大运行工况下,TLP式风电机组风轮叶片承受更大的载荷,但在极... 使用FAST构建10 MW漂浮式风电机组的完全耦合非线性模型,针对极端情况,通过耦合求解器FAST对张力腿平台(TLP)式风电机组的叶片、塔架和平台等关键部件进行研究。结果表明:在最大运行工况下,TLP式风电机组风轮叶片承受更大的载荷,但在极端停机工况下,塔架承受更大的弯矩和剪切力;TLP在极端停机工况下的响应更剧烈。风轮叶片的结构校核应基于运行工况,而其他部件的结构校核要考虑极端停机工况。 展开更多

关键词 风电机组 张力腿平台 极端条件 动力学响应

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基于遗传算法的海上风电机组齿轮箱体积优化 被引量：13

3

作者 陶立壮 田德 +2 位作者 唐世泽 吴晓璇 邓英 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期234-239,共6页

以增速比为97的某5 MW海上风电机组齿轮箱为研究对象,综合考虑各级行星轮、太阳轮、齿圈以及传动轴体积,对各级传动轴进行高可靠性强度、刚度校核,建立以各级增速比为变量、以齿轮箱最小体积为优化目标的数学模型;利用遗传算法对两级行... 以增速比为97的某5 MW海上风电机组齿轮箱为研究对象,综合考虑各级行星轮、太阳轮、齿圈以及传动轴体积,对各级传动轴进行高可靠性强度、刚度校核,建立以各级增速比为变量、以齿轮箱最小体积为优化目标的数学模型;利用遗传算法对两级行星一级平行轴齿轮箱(A_(i)A_(j)B)的增速比进行优化,深入研究A_(i)A_(j)B中行星轮数目及排布方式对齿轮箱能量密度的影响。由仿真结果可知:齿轮箱的最佳设计方案为A_(i)A_(j)B,且三级增速比分别为3.198、5.758、5.268时,齿轮箱体积最小,为5.793 m^(3)。 展开更多

关键词 海上风电机组 齿轮箱 遗传算法 可靠性 约束优化

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基于动力学特性优化的海上风电齿轮箱配齿研究 被引量：1

4

作者 陶立壮 田德 李贝 《华北电力大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2023年第3期117-126,共10页

传统的风电机组齿轮箱配齿仅取决于行星级的同心、安装、邻接条件,而忽略了其对齿轮箱重量及动力学特性的影响。以某增速比为97的5 MW海上风电机组两级行星一级平行齿轮箱为研究对象,得到其减重优化后的各级增速比解耦区间;建立基于零... 传统的风电机组齿轮箱配齿仅取决于行星级的同心、安装、邻接条件,而忽略了其对齿轮箱重量及动力学特性的影响。以某增速比为97的5 MW海上风电机组两级行星一级平行齿轮箱为研究对象,得到其减重优化后的各级增速比解耦区间;建立基于零阶优化算法的齿轮箱配齿方案及相应的齿轮箱Simpack虚拟样机;在额定转速工况下对齿轮箱均载特性、振动特性进行定量统计分析。仿真结果表明:当第一级太阳轮、行星轮、内齿圈齿数分别为29、28、85,第二级太阳轮、行星轮、内齿圈齿数分别为26、46、118,第三级大、小齿轮齿数分别为111、25时,齿轮箱行星级均载特性良好,高速输出轴传动平稳,为大型海上风电机组齿轮箱配齿设计提供理论支撑。 展开更多

关键词 风电机组 齿轮箱 增速比 配齿 均载特性 振动特性

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风浪扰动下海上风电机组塔架载荷与输出功率的协同优化控制 被引量：3

5

作者 唐世泽 田德 +3 位作者 王爽 陶立壮 邓英 吴晓璇 《电力自动化设备》 EI CSCD 北大核心 2022年第9期87-93,共7页

风浪扰动导致海上风电机组响应特性复杂,控制器需要综合处理多种外源扰动。此外,气动力造成风轮旋转与塔架运动的耦合作用,增加了变桨控制器设计的难度。首先,通过动力学分析建立合适的海上风电机组低阶数学模型。然后针对风浪扰动,提... 风浪扰动导致海上风电机组响应特性复杂,控制器需要综合处理多种外源扰动。此外,气动力造成风轮旋转与塔架运动的耦合作用,增加了变桨控制器设计的难度。首先,通过动力学分析建立合适的海上风电机组低阶数学模型。然后针对风浪扰动,提出了随机干扰调节控制器(SDAC)。最后协同输出功率控制与塔架载荷控制,设计含线性二次型调节器的变桨控制器。基于GH Bladed软件的仿真结果表明,相较于传统控制器,SDAC能够优化机组输出功率波动,降低塔架载荷,实现塔架载荷与输出功率的协同优化。 展开更多

关键词 风力 波浪力 塔架载荷 变桨控制 转速控制 随机干扰调节控制器 KALMAN滤波

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10 MW漂浮式风电机组风轮叶片响应特性研究 被引量：4

6

作者 罗涛 田德 +3 位作者 陈静 陶立壮 邓英 廖猜猜 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期2669-2677,共9页

构建DTU 10MW风电机组全耦合非线性模型，使用开源软件FAST计算10MW风电机组在多种工况下的动力学响应，通过时频域分析和箱线图分析对漂浮式风电机组风轮的动态响应进行研究。结果表明：风轮叶片响应主要是风载荷引起；浮动平台纵荡、... 构建DTU 10MW风电机组全耦合非线性模型，使用开源软件FAST计算10MW风电机组在多种工况下的动力学响应，通过时频域分析和箱线图分析对漂浮式风电机组风轮的动态响应进行研究。结果表明：风轮叶片响应主要是风载荷引起；浮动平台纵荡、纵摇运动与风轮叶片运动的附加耦合作用会增大风轮推力、叶根弯矩和叶尖挠度的波动性，波浪载荷会增大风轮叶片的疲劳载荷。 展开更多

关键词 海上风电机组 风轮叶片 动力学响应 时域分析 频域分析 载荷特性

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风电齿轮箱浮动构件支撑刚度的分析与优化设计 被引量：5

7

作者 田德 胡玥 陶立壮 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期195-202,共8页

以9 MW海上风电机组两级行星一级平行轴齿轮箱为研究对象,采用集中参数法建立其多体动力学模型,研究各级浮动太阳轮和内齿圈的支撑刚度对两级行星轮系均载特性和浮动构件振动特性的影响,基于正交试验法得到支撑刚度对传动轴振动的影响... 以9 MW海上风电机组两级行星一级平行轴齿轮箱为研究对象,采用集中参数法建立其多体动力学模型,研究各级浮动太阳轮和内齿圈的支撑刚度对两级行星轮系均载特性和浮动构件振动特性的影响,基于正交试验法得到支撑刚度对传动轴振动的影响规律并对其进行优化设计。研究结果表明:综合考虑浮动构件的影响,在两级均载系数对支撑刚度敏感的区间内,浮动构件支撑刚度显著影响齿轮箱的振动特性;与仅考虑齿轮箱均载特性相比,优化后齿轮箱整体振动指标降低8.9%。 展开更多

关键词 海上风电机组 动力学分析 振动 齿轮箱 支撑刚度

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超大型风电机组叶片颤振分析及参数灵敏度研究 被引量：4

8

作者 李贝 田德 +3 位作者 唐世泽 陶立壮 吴晓璇 刘枫 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期295-301,共7页

以IEA 15 MW参考风电机组为研究对象,基于修正的极坐标网格叶素动量理论与Timoshenko梁模型,建立叶片气弹耦合分析模型,综合时域和频域方法,分析超大型风电机组叶片失控状态下的气弹稳定性。结果表明,叶片发生颤振失稳,临界颤振速度为13... 以IEA 15 MW参考风电机组为研究对象,基于修正的极坐标网格叶素动量理论与Timoshenko梁模型,建立叶片气弹耦合分析模型,综合时域和频域方法,分析超大型风电机组叶片失控状态下的气弹稳定性。结果表明,叶片发生颤振失稳,临界颤振速度为13.06 r/min,颤振频率为3.68 Hz,颤振模态主导振型为三阶向前挥舞模态伴随一阶向前扭转模态。此外,定量分析临界颤振速度对于空气密度、叶片质量、截面重心、挥舞刚度和扭转刚度变化的灵敏度。分析表明,扭转刚度是影响临界颤振速度的主导因素,通过减少叶片质量和前移截面重心,增大挥舞刚度和扭转刚度,可提高颤振裕度。采用高空气密度的设计条件,可获得更保守的设计额定转速。 展开更多

关键词 风电机组 气动弹性 颤振 模态分析 灵敏度分析

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基于齿廓修形和摩擦耦合的风电齿轮磨损动力学特性分析 被引量：3

9

作者 田德 陶立壮 +1 位作者 胡玥 李贝 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期260-269,共10页

为定量研究齿面磨损(TSW)的振动特性,提出一种基于齿廓修形和摩擦耦合的磨损故障建模方法,并引入最大磨损深度来表征齿面磨损程度。以大型风电机组齿轮箱高速输出轴直齿轮为研究对象,得到对应不同磨损程度下的齿轮时变啮合刚度,并将其... 为定量研究齿面磨损(TSW)的振动特性,提出一种基于齿廓修形和摩擦耦合的磨损故障建模方法,并引入最大磨损深度来表征齿面磨损程度。以大型风电机组齿轮箱高速输出轴直齿轮为研究对象,得到对应不同磨损程度下的齿轮时变啮合刚度,并将其代入到齿轮箱8自由度动力学微分方程,在不同转矩条件下对齿轮箱进行动力学仿真,得到不同磨损严重程度和转矩条件下的振动时频域特性。结果表明:仿真结果与实验数据吻合良好,验证了该方法的有效性;随着齿面磨损程度增加、转矩增大,齿轮箱振动、齿轮扭振剧烈;在0.4倍额定转矩附近,齿面磨损引起齿轮箱振动速度、振动加速度最为明显。研究结果可为齿轮磨损故障诊断提供理论指导。 展开更多

关键词 风电机组 齿轮箱 动力学 摩擦 时变啮合刚度 磨损 齿廓修形

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计及齿轮分度圆误差的风电齿轮箱振动特性分析 被引量：2

10

作者 田德 陶立壮 《可再生能源》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期480-486,共7页

齿轮分度圆误差下的振动特性研究对齿轮箱的状态监测及故障诊断具有指导意义。为了定量地探究齿轮分度圆误差对齿轮箱振动特性的影响,文章以某平行级直齿轮为研究对象,建立8自由度齿轮传动模型,将齿轮视为变截面悬臂梁处理,得到其理论... 齿轮分度圆误差下的振动特性研究对齿轮箱的状态监测及故障诊断具有指导意义。为了定量地探究齿轮分度圆误差对齿轮箱振动特性的影响,文章以某平行级直齿轮为研究对象,建立8自由度齿轮传动模型,将齿轮视为变截面悬臂梁处理,得到其理论时变啮合刚度(TVMS)。然后,建立分度圆误差几何模型及其对应的Simpack齿轮箱虚拟样机,对不同转速、不同分度圆误差下的振动信号进行时频域分析。分析结果表明:齿轮箱振动信号对于分度圆误差值的敏感程度与转速有关,转速越大,分度圆误差越大,振动越明显;当分度圆误差值达到0.001 rad时,啮合冲击力约为无误差状态时的3倍。 展开更多

关键词 风电机组 齿轮箱 分度圆误差 时频域分析 振动

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基于正交设计的大型海上风电齿轮箱多级螺旋角优选研究

11

作者 田德 陶立壮 +1 位作者 吴晓璇 李贝 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期153-159,共7页

以某5 MW海上风电机组两级行星一级平行齿轮箱为研究对象,建立以其第一、二、三级齿轮螺旋角(A、B、C)为三自变量因素,以5°、8°、11°、15°为四离散水平的16组正交试验方案,基于Simpack软件完成对应方案的虚拟样机... 以某5 MW海上风电机组两级行星一级平行齿轮箱为研究对象,建立以其第一、二、三级齿轮螺旋角(A、B、C)为三自变量因素,以5°、8°、11°、15°为四离散水平的16组正交试验方案,基于Simpack软件完成对应方案的虚拟样机建模及动力学仿真,对各因素各水平下的均载特性、振动特性进行评估,对正交试验结果的有效性进行验证。研究结果表明:行星级的均载特性主要与该级螺旋角有关,同时受螺旋角影响,一般情况下,螺旋角越大,均载特性越好;影响高速输出轴后轴承位置振动的主要因素为第三级齿轮螺旋角,且当C在8°附近时,振动信号较小。研究结果可为大型海上风电机组齿轮螺旋角精细化设计提供理论支撑。 展开更多

关键词 风电机组 海水风电 斜齿轮 动力学 振动 正交试验 均载

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前曲扭角增加式叶尖气动特性研究

12

作者 田德 陶立壮 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期288-293,共6页

以某150 kW水平轴的风电机组叶片为研究对象,提出一种朝来流风方向圆弧式前曲、扭角增加的降载叶尖外形;建立以扭角增量A、弯曲角度B为变量的16组叶尖几何模型,为探究该降载设计叶片最佳适用风况,建立考虑扭角增量、弯曲角度及风速的三... 以某150 kW水平轴的风电机组叶片为研究对象,提出一种朝来流风方向圆弧式前曲、扭角增加的降载叶尖外形;建立以扭角增量A、弯曲角度B为变量的16组叶尖几何模型,为探究该降载设计叶片最佳适用风况,建立考虑扭角增量、弯曲角度及风速的三因素四水平正交试验表,借助ICEM完成多组仿真模型的网格划分,利用Fluent单一旋转坐标系法对叶片进行流场分析,获得各组模型的转矩、推力等参数,采用因子效应对风速、弯曲角度、扭角增量进行评估。结果表明,在接近约9 m/s风速时,叶尖扭角增量为10°,弯曲角度为30°的前曲增扭叶片具有最优的降载特性,相较于初始叶片,在保证功率基本不损失的情况下,轴向推力减少约6.5%。 展开更多

关键词 风电机组 叶片 优化 流场 正交试验

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