风电机组中两级齿轮传动系统动态温度响应与实验研究

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为研究风电机组齿轮传动系统的动态温度场分布特性,以SQI风电机组传动系统实验平台中两级定轴齿轮箱为研究对象,综合考虑齿轮时变啮合刚度和轴承时变刚度对系统影响,采用有限元法并计入轴系柔性建立两级平行轴齿轮箱的齿轮-轴-轴承耦合系统动力学模型.依据传热学原理对热传导,对流换热等参数进行分析,运用有限元法对系统动态温度场进行求解并与实验结果对比验证,验证该模型对系统动态温度场分析的有效性,探究多种工况下不同系统激励与系统温升的关系.结果表明:负载在高速时对系统温度响应影响更为明显,系统在连续增速过程中,温度响应呈平稳增大趋势,当系统扭转共振时,温度响应急剧增大,轴系弯曲共振对温度响应影响不大.
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当大型风力发电机在低速重载条件时,齿轮在混合弹流润滑条件下的啮合动态特性难以分析.针对该问题提出齿面接触并联刚度模型,建立行星齿轮啮合动力学模型.基于粗糙峰承载平衡理论,将承载因子理论引入刚度模型中,并与混合弹流润滑理论相结合,可得出计算齿面油膜刚度的新公式,为齿轮混合弹流润滑问题研究提供参考.通过计算结果,可认为在混合弹流润滑条件下,齿轮啮合刚度可大幅提升,有效抑制齿轮啮合振动.同时,齿面啮合力与综合曲率半径的增加有利于齿面油膜的形成.最后混合弹流润滑条件下齿轮单-双齿啮合刚度激励也会得到进一步改善.
海上风电筒型基础在位工作期间长期受到海流的冲刷,基础的稳定性受到一定影响.通过模型试验和数值方法研究粉土地基中,单侧冲刷工况单筒多舱筒型基础的水平向和抗倾覆极限承载力与冲刷率之间的关系,以及冲刷对基础水平向-倾覆荷载(H-M)复合承载特性的影响.研究结果表明,筒型基础的水平向和抗倾覆承载力主要由筒外前侧和筒内土体提供,随着冲刷率的增大,基础水平向及抗倾覆极限承载力逐渐降低;单侧冲刷工况下,基础的H-M包络线不关于原点中心对称,随着冲刷率的增大,包络线局部向内收缩.
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以大型三叶风电机组为例,研究发电机组参数对输出功率波动及功率损失的影响.首先建立包括风剪切和塔影效应的等效风速模型,推导输出功率和功率系数的数学模型,研究叶轮半径、塔筒高度、塔筒直径和叶片到塔筒中线的悬垂距离等相关参数对功率波动的频率、幅值、波长、波动区域等特性影响规律.然后建立功率损失的数学模型,研究风电机组参数通过风剪切和塔影效应对功率损失造成的影响规律.结果表明:不同参数通过风剪切和塔影效应对输出功率周期性波动及功率损失的影响规律不同,功率周期性波动的幅值及波长受塔筒直径和悬垂距离2个参数影响较大,
风电机舱通过加装聚风罩装置,可通过引入外部空气对机舱内发热设备进行通风冷却,降低机舱内的平均温度.但与此同时当冷却空气中夹杂灰尘颗粒时,则会在风电机舱内部发电设备上进行沉积.通过对风电机舱进行简化后建立模型,对风电机舱内含有粉尘颗粒的运动沉积特征进行三维仿真模拟计算,得到风电机舱内部颗粒浓度、温度、运动速度的三维特征变化分布云图.进而得到在含有粉尘颗粒时,冷却空气在三维机舱空间内部流动变化的规律特点.从理论上分析加装聚风导流罩后,风电机舱内夹杂固态颗粒物时对建立起的风电机舱自然循环通风冷却系统的影响特点.
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