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基于动力学的风力发电机齿轮传动系统可靠性评估及参数优化设计

邢子坤

   随着能源和环境问题日趋严峻,风力发电在世界范围内得到快速发展,风力发电机作为风力发电系统的核心关键设备,由于其特殊的变载荷使用工况和高空架设等使用环境,要求具有长寿命(15~20年),高可靠性,重量轻,易维护及经济性,然而,国产化设计制造的风力发电机却不能满足这些条件。因此,研究变载荷条件下风力发电机齿轮传动系统的可靠性评估及参数优化设计成为解决当今国内风电设备设计制造问题的迫切任务之一。 论文课题受国家自然科学基金项目和国家支撑计划项目资助,以1.5MW风力发电机齿轮传动系统为研究对象,在风电场风速变化引起的变载荷使用工况下,对系统的可靠性评估和参数优化设计问题进行研究,为风力发电机的国产化设计制造提供科学合理的方法和理论基础。 具体的研究工作如下: ①建立系统的弹性动力学模型,计入系统每个构件的平移自由度和扭转自由度,针对风力发电的特性,详细分析由风速变化引起的外部激励因素,同时还考虑刚度激励、误差激励以及阻尼对系统动力学的影响。 ②采用模态叠加法求解系统的动力学微分方程,给出在风载变化条件下,齿轮使用系数、动载系数和滚动轴承载荷系数的表达式,为载荷系数的取值提供科学合理的方法。 ③对系统进行失效模式及影响分析(FMEA),在考虑风载变化条件下,建立系统的可靠性评估模型,相对于现有的可靠性评估模型,该方法更加准确合理。 ④以体积(重量)最小为目标函数,以可靠性和等强度为约束条件,建立变工况下系统基于动力学的参数优化设计模型,并利用matlab的优化工具箱对其进行优化,优化后的设计参数能明显地降低系统的体积(重量)。 ⑤给出系统详细的实例设计过程,并与常规设计方法进行比较,结果证明本论文的可靠性评估方法比常规可靠性评估方法更加准确,优化后的设计参数能有效地提高系统的可靠度,明显降低系统的重量和体积。表明本论文的研究成果为国产化风力发电设备的设计制造提供了一条有效的途径。……   
[关键词]:风力发电机;齿轮传动系统;动力学;可靠性;优化设计
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:重庆大学2007年
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