風(fēng)力機(jī)常受到強(qiáng)湍流相干結(jié)構(gòu)的作用,并對(duì)其載荷影響顯著,而風(fēng)力機(jī)運(yùn)行時(shí)所受到的動(dòng)態(tài)載荷特性是影響風(fēng)力機(jī)使用壽命和安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素。為了提高風(fēng)力機(jī)的使用壽命,降低運(yùn)行過(guò)程中的疲勞載荷,需要對(duì)風(fēng)力機(jī)在各工況下的動(dòng)態(tài)載荷變化進(jìn)行研究。本文以NWTCUP(The NREL National Wind Technology Center Model)風(fēng)譜模型耦合KHB(Kelvin-Helmholtz Billow)流動(dòng),構(gòu)建了一種強(qiáng)湍流相干結(jié)構(gòu)風(fēng)況,利用FAST(Fatigue,Aerodynamics,Structures,and Turbulence)程序計(jì)算該風(fēng)況下WindPACT 1.5MW風(fēng)力機(jī)載荷,分析了不同尺度和分布位置的湍流相干結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)力機(jī)載荷的影響規(guī)律,以及偏航狀態(tài)下風(fēng)力機(jī)載荷隨偏航角的變化規(guī)律。進(jìn)而考慮了強(qiáng)湍流相干結(jié)構(gòu)使槳距角角度需要不斷調(diào)整,易引發(fā)不同步變槳故障,使得風(fēng)力機(jī)受力不均,并在均勻來(lái)流工況下分析了故障時(shí)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(guò)研究湍流相干結(jié)構(gòu)尺度與位置的改變對(duì)風(fēng)力機(jī)葉根擺振、揮舞載荷、低速軸轉(zhuǎn)矩、俯仰力矩以及風(fēng)輪推力的影響發(fā)現(xiàn),湍流相干結(jié)構(gòu)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(guò)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(duì)擺振力矩、低速軸轉(zhuǎn)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(dòng),當(dāng)湍流相干結(jié)構(gòu)中心位于輪轂中心且覆蓋整個(gè)風(fēng)輪平面時(shí),低速軸轉(zhuǎn)矩周期性較強(qiáng),且在風(fēng)輪通過(guò)頻率1.02Hz附近能量存在明顯變化。揮舞力矩、俯仰力矩和風(fēng)輪推力在不同尺度和位置時(shí)波動(dòng)均無(wú)明顯的周期性,且湍流相干結(jié)構(gòu)中心位于輪轂中心且覆蓋整個(gè)風(fēng)輪平面時(shí),頻域能量最強(qiáng),與來(lái)流中的大尺度低頻湍流有著明顯的響應(yīng)關(guān)系。(2)通過(guò)研究湍流相干結(jié)構(gòu)對(duì)偏航風(fēng)力機(jī)各載荷的影響發(fā)現(xiàn),湍流相干結(jié)構(gòu)的加入以及偏航角度的增加對(duì)擺振力矩和低速軸轉(zhuǎn)矩影響較小,且與雷諾應(yīng)力分量u'w'、v'w'存在明顯的互相關(guān)性。湍流相干結(jié)構(gòu)的加入會(huì)導(dǎo)致雷諾應(yīng)力分量波動(dòng)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(qiáng),且揮舞力矩與雷諾應(yīng)力分量u'w'互相關(guān)性明顯,偏航力矩與v'w'互相關(guān)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(qiáng),且與u'w'和v'w'互相關(guān)性降低。(3)通過(guò)研究均勻來(lái)流下槳距角不同步故障對(duì)風(fēng)力機(jī)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(huì)使輸出功率逐漸降低,當(dāng)偏差角度為+5°時(shí)可降至1.3MW,且波動(dòng)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(duì)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(huì)導(dǎo)致風(fēng)輪捕獲風(fēng)能的能力增加,使得輸出功率升高,當(dāng)偏差角度為-5°時(shí)可升高至1.74MW,且波動(dòng)較穩(wěn)定,葉根載荷出現(xiàn)均值升高且相位超前現(xiàn)象,對(duì)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(duì)風(fēng)輪推力和俯仰力矩均值影響不大,但對(duì)俯仰力矩的離散程度影響較大,標(biāo)準(zhǔn)差在偏差角-1°時(shí)為106.88,在+1°時(shí)為99.11,相對(duì)較小,故建議偏差角度范圍可取-1°到+1°。
【學(xué)位單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類(lèi)】：TK83
【部分圖文】：

碩士學(xué)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(yùn)動(dòng)三角形圖2.3葉素的受力圖2.4風(fēng)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(xué)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(yùn)動(dòng)三角形圖2.3葉素的受力圖2.4風(fēng)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(xué)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(yùn)動(dòng)三角形圖2.3葉素的受力圖2.4風(fēng)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(hào)：2872332