变风速运行控制下风电传动系统的动力学特性及其于动力学的可靠性研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sunjava2009
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随着能源危机的日益加剧和人们对新能源开发的迫切需求,风能作为高效的清洁能源正逐渐为人们所重视,因此风力发电技术得到了前所未有的发展,而作为风电核心设备的增速箱,因其工作在柔性支撑下的高空环境、严寒酷暑及变载荷等复杂工况下,是风电设备故障率最高的部件之一,故须对其进行深入的动力学和基于动力学的可靠性研究,为风电增速箱的正常运行提供保障。   本文受国家自然科学基金项目的资助,以变速变桨距风力发电机为研究对象,基于其在随机风况下的运行控制策略得到了风电齿轮传动系统的外部激励,并在考虑了齿轮系统的多种内部激励的条件下,建立了该齿轮传动系统的齿轮轴承耦合动力学模型,运用数值分析法求得该齿轮传动系统在内外激励的共同作用下的动态特性,最后根据动力学的研究结果对风电齿轮传动系统进行了可靠性建模与评估。论文的主要研究工作包括:   ①以1.5 MW风力发电机齿轮传动系统为研究对象,建立风力发电机齿轮传动系统的齿轮和轴承耦合动力学模型,综合考虑齿轮的扭转变形、齿轮时变啮合刚度、综合啮合误差、轴承的刚度、及轴的扭转变形等内部激励,推导出动力学方程。   ②研究了风力发电机齿轮传动系统动力学方程中各个参数计算方法,特别对外部激励进行了较为细致的研究,采用基于数值模拟的自回归(AR)模型来模拟实际风速,根据风电机组在变风速条件下的运行控制策略,基于不同风速下的最佳控制转速和最佳控制桨距角求得风电机组的实时风能利用系数,从而获得传动系统的时变输入转矩激励。   ③编程计算出整个风电齿轮传动系统的动态特性,包括齿轮系统的固有频率和振型,并得到齿轮传动系统在时变外部激励和时变内部激励共同作用下的动态响应,齿轮副之间的动态啮合力以及动态轴承力。   ④对齿轮的各种失效形式进行了分析,建立齿轮可靠性评估模型,基于动力学研究得到的各齿轮副的动态啮合力对各个齿轮构件的可靠度进行评估;建立轴承可靠性评估模型,基于动力学研究得到的轴承动态接触力,对轴承进行了基于动力学的可靠性评估;最后建立风电齿轮传动系统可靠性评估模型,求得整个风力发电机齿轮传动系统的可靠度。
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