尾流致风机结构载荷特性影响研究及振动控制

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随着化石燃料的日益枯竭以及全球环境的逐步恶化,作为可再生能源之一的风能受到广泛关注。凭借其高效清洁的特点,近年来得到大力的发展,其尺寸逐渐增大,致尾流效应愈发显著。而尾流效应严重制约着下游风电机组特性,致其发电效率降低、疲劳荷载增加。因此,开展尾流致风机结构载荷特性影响研究及其振动控制对风电场布置优化有着十分重要的工程指导意义。目前关于此方面的研究并不多见,主要存在所取尾流风场数据与实际情况有差异、风机风致响应分析程序难以自定义尾流风场数据、风机结构调频减振装置所需空间与质量较大等问题。
  本文首先采用致动线(ALM)方法,实现风机尾流风场仿真,以获取尾流风场数据;接着依据广义坐标理论,采用C++程序语言,编制陆上风机结构风致响应分析程序(AOWT),以实现可读取任意风场数据并考虑旋转叶片与塔体耦合时变结构的风机整机风致动力响应分析;而后对比分析不同尾流风场工况下,下游风电机组等效疲劳载荷特点;最后采用TMD与RIDTMD阻尼器对下游风电机组进行振动控制。
  所得尾流风场数值仿真结果与实验值吻合,验证了风场数据的可靠性;所编制的风机结构风致响应分析程序计算结果与商业程序GHBladed结果基本一致,验证了该程序的可靠性;尾流效应导致下游风电机组疲劳荷载增大,相比于顺列布置情况,错列布置时,因尾流平均风场的空间不均匀性导致下游风电机组疲劳载荷更为显著;利用TMD阻尼器可极大降低下游风电机组疲劳荷载,在不改变阻尼器总质量条件下,引入旋转惯性质量构成的RIDTMD阻尼器可改进原有的TMD阻尼器,使得下游风电机组疲劳载荷进一步降低。
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