發(fā)布時間：2020-11-05 23:19

　　 風力機常受到強湍流相干結構的作用,并對其載荷影響顯著,而風力機運行時所受到的動態(tài)載荷特性是影響風力機使用壽命和安全運行的關鍵因素。為了提高風力機的使用壽命,降低運行過程中的疲勞載荷,需要對風力機在各工況下的動態(tài)載荷變化進行研究。本文以NWTCUP(The NREL National Wind Technology Center Model)風譜模型耦合KHB(Kelvin-Helmholtz Billow)流動,構建了一種強湍流相干結構風況,利用FAST(Fatigue,Aerodynamics,Structures,and Turbulence)程序計算該風況下WindPACT 1.5MW風力機載荷,分析了不同尺度和分布位置的湍流相干結構對風力機載荷的影響規(guī)律,以及偏航狀態(tài)下風力機載荷隨偏航角的變化規(guī)律。進而考慮了強湍流相干結構使槳距角角度需要不斷調整,易引發(fā)不同步變槳故障,使得風力機受力不均,并在均勻來流工況下分析了故障時槳距角偏差角度與載荷的變化規(guī)律,得到了可容許偏差的角度范圍。(1)通過研究湍流相干結構尺度與位置的改變對風力機葉根擺振、揮舞載荷、低速軸轉矩、俯仰力矩以及風輪推力的影響發(fā)現(xiàn),湍流相干結構尺度與位置的改變使得各載荷均值均變化較小,變化幅度不超過3.5%,頻域能量主要集中在0.195Hz~1.562Hz之間。KHB尺度與位置的改變對擺振力矩、低速軸轉矩的離散程度和頻域能量變化影響較小,但存在周期性波動,當湍流相干結構中心位于輪轂中心且覆蓋整個風輪平面時,低速軸轉矩周期性較強,且在風輪通過頻率1.02Hz附近能量存在明顯變化。揮舞力矩、俯仰力矩和風輪推力在不同尺度和位置時波動均無明顯的周期性,且湍流相干結構中心位于輪轂中心且覆蓋整個風輪平面時,頻域能量最強,與來流中的大尺度低頻湍流有著明顯的響應關系。(2)通過研究湍流相干結構對偏航風力機各載荷的影響發(fā)現(xiàn),湍流相干結構的加入以及偏航角度的增加對擺振力矩和低速軸轉矩影響較小,且與雷諾應力分量u'w'、v'w'存在明顯的互相關性。湍流相干結構的加入會導致雷諾應力分量波動加劇,使得揮舞力矩和偏航力矩離散程度、頻域能量明顯增強,且揮舞力矩與雷諾應力分量u'w'互相關性明顯,偏航力矩與v'w'互相關性明顯。隨著偏航角度的增大,揮舞力矩和偏航力矩離散程度明顯升高,頻域能量明顯增強,且與u'w'和v'w'互相關性降低。(3)通過研究均勻來流下槳距角不同步故障對風力機輸出功率以及各載荷的影響發(fā)現(xiàn),正向不同步角度的增大會使輸出功率逐漸降低,當偏差角度為+5°時可降至1.3MW,且波動性增加,葉根載荷出現(xiàn)均值下降且相位滯后現(xiàn)象,其中對揮舞力矩均值影響明顯,平均下降率在12.77%。反向不同步角度的增大會導致風輪捕獲風能的能力增加,使得輸出功率升高,當偏差角度為-5°時可升高至1.74MW,且波動較穩(wěn)定,葉根載荷出現(xiàn)均值升高且相位超前現(xiàn)象,對擺振力矩、揮舞力矩均值和離散程度影響明顯,平均升高率分別為3.06%和7.79%、10.79%和13.55%;槳距角不同步故障對風輪推力和俯仰力矩均值影響不大,但對俯仰力矩的離散程度影響較大,標準差在偏差角-1°時為106.88,在+1°時為99.11,相對較小,故建議偏差角度范圍可取-1°到+1°。
【學位單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：TK83
【部分圖文】：

碩士學位論文9度和受力分析如圖2.2、2.3所示，葉素環(huán)面如圖2.4所示。圖2.2葉素的運動三角形圖2.3葉素的受力圖2.4風輪平面葉素環(huán)面由圖2.2可知，葉素上的和速度W為：22222W=U1-ar1a"∞Ω(2.9)

碩士學位論文9度和受力分析如圖2.2、2.3所示，葉素環(huán)面如圖2.4所示。圖2.2葉素的運動三角形圖2.3葉素的受力圖2.4風輪平面葉素環(huán)面由圖2.2可知，葉素上的和速度W為：22222W=U1-ar1a"∞Ω(2.9)

碩士學位論文9度和受力分析如圖2.2、2.3所示，葉素環(huán)面如圖2.4所示。圖2.2葉素的運動三角形圖2.3葉素的受力圖2.4風輪平面葉素環(huán)面由圖2.2可知，葉素上的和速度W為：22222W=U1-ar1a"∞Ω(2.9)
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本文編號：2872332