多工況下風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性及其動(dòng)態(tài)可靠性研究.pdf

1、隨著全球環(huán)境惡化和能源危機(jī)的問(wèn)題漸漸凸顯，風(fēng)力發(fā)電越來(lái)越受到重視。風(fēng)力發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行在惡劣的環(huán)境當(dāng)中，齒輪箱作為風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的核心部件，其運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性對(duì)系統(tǒng)的可靠性影響非常大。風(fēng)場(chǎng)隨機(jī)變化的風(fēng)速和變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)的多工況控制運(yùn)行是導(dǎo)致齒輪箱具有復(fù)雜輸入載荷的主要原因。本文考慮到變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)復(fù)雜的運(yùn)行工況，仿真獲得了風(fēng)力發(fā)電機(jī)在啟動(dòng)、額定運(yùn)行和正常制動(dòng)三個(gè)工況下的齒輪箱輸入載荷。研究了在不同工況下齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性。

2、并且仿真分析了變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)可靠性，獲得了齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪、軸承和系統(tǒng)的可靠度隨時(shí)間變化的規(guī)律。
　　本課題是國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（50975294）研究?jī)?nèi)容的組成部分，研究了1.5MW變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)的多工況的運(yùn)行模式，并以齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)為主要研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)特性分析和可靠性的仿真分析。主要研究工作如下：
　?、倬C合考慮風(fēng)輪的非定常氣動(dòng)載荷計(jì)算模型、傳動(dòng)系統(tǒng)彈性動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)化模型、雙饋發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)

3、化模型和變速變槳距控制模型的基礎(chǔ)上，建立了變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)外載荷計(jì)算模型，通過(guò)仿真計(jì)算獲得了風(fēng)力發(fā)電機(jī)在啟動(dòng)、額定運(yùn)行和正常制動(dòng)工況下齒輪箱的輸入載荷。
　?、诶眉匈|(zhì)量參數(shù)法建立了考慮多種內(nèi)部因素的風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)純扭轉(zhuǎn)非線性動(dòng)力學(xué)模型。利用數(shù)值方法求解系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，得到了在啟動(dòng)、額定運(yùn)行和制動(dòng)過(guò)程中各齒輪副的動(dòng)態(tài)響應(yīng)等；著重分析了部分內(nèi)部參數(shù)激勵(lì)對(duì)動(dòng)力學(xué)的影響。
　?、蹖?duì)變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行

4、動(dòng)態(tài)可靠性仿真分析。在分析了齒輪及軸承失效的主要形式基礎(chǔ)上，確定了風(fēng)電傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性評(píng)估模型。在動(dòng)力學(xué)方程中考慮軸承剛度的因素，利用數(shù)值方法求解得到軸承的動(dòng)態(tài)接觸力，從而獲得各齒輪副和軸承的等效應(yīng)力隨風(fēng)速變化的規(guī)律。
　?、芾猛紶栵L(fēng)速模型模擬一年中每小時(shí)平均風(fēng)速。以隨機(jī)風(fēng)速下各齒輪和軸承的等效應(yīng)力作用過(guò)程為隨機(jī)過(guò)程，考慮各構(gòu)件載荷的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性，在構(gòu)件強(qiáng)度隨時(shí)間退化的情況下，利用Monte Carlo法仿真獲得了風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系