為研究湍流強(qiáng)度對(duì)機(jī)組動(dòng)力學(xué)特性及氣動(dòng)載荷的影響,以3.3 MW三葉片水平軸風(fēng)電機(jī)組為研究對(duì)象,采用仿真及試驗(yàn)相結(jié)合的方法,并對(duì)來(lái)流風(fēng)速和主導(dǎo)載荷進(jìn)行功率譜分析。通過(guò)開(kāi)展4種湍流強(qiáng)度0.10、0.12、0.14和0.16的計(jì)算仿真,結(jié)果表明隨著湍流強(qiáng)度的增加,風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙振動(dòng)加速度、載荷及等效疲勞載荷都有規(guī)律性變化。為驗(yàn)證仿真結(jié)果的合理性,對(duì)某風(fēng)場(chǎng)的型式測(cè)試機(jī)組進(jìn)行1a多的數(shù)據(jù)測(cè)試采集和分析。測(cè)試結(jié)果表明,機(jī)組運(yùn)行在0.06、0.08、0.10和0.12這4種不同湍流強(qiáng)度下,其機(jī)組在不同風(fēng)速運(yùn)行下的機(jī)組振動(dòng)及載荷同樣出現(xiàn)有規(guī)律性的變化,仿真與實(shí)測(cè)結(jié)果的變化趨勢(shì)吻合度較高。該研究為風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組的微觀選址提供依據(jù),也對(duì)風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義。 

【文章來(lái)源】：農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2020,36(13)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

不同湍流強(qiáng)度下機(jī)艙振動(dòng)加速度隨風(fēng)速變化曲線（仿真）Fig.1Differentturbulenceintensitycurveofnacellevibrationaccelerationchangedwithwindspeed(Simulation)

第13期巫發(fā)明等：湍流強(qiáng)度對(duì)風(fēng)電機(jī)組動(dòng)力學(xué)特性及載荷的影響51圖2葉根彎矩隨風(fēng)速變化曲線（仿真）Fig.2Curveofbladerootmomentchangedwithwindspeed(Simulation)從圖3可知，旋轉(zhuǎn)輪轂Mx1與湍流強(qiáng)度關(guān)聯(lián)不大，但My1、Mz1受湍流強(qiáng)度影響較為明顯，湍流強(qiáng)度上升0.02，其載荷上升達(dá)到10%。其中旋轉(zhuǎn)輪轂Mx載荷影響較小的原因，轉(zhuǎn)矩是受轉(zhuǎn)速控制，能保持穩(wěn)定。從圖4可知，塔頂Mx2與湍流強(qiáng)度關(guān)聯(lián)較小，塔頂My2和扭矩Mz2受湍流強(qiáng)度影響較為明顯，湍流強(qiáng)度上升0.02，其載荷上升達(dá)到10%。從圖5可知，塔底Mx3與湍流強(qiáng)度關(guān)聯(lián)性隨著風(fēng)速的增加而增大，塔底My3受湍流強(qiáng)度影響較為明顯，湍流強(qiáng)度上升0.02，其載荷上升達(dá)到10%，特別是隨風(fēng)速的增大后更加明顯。2.4功率譜對(duì)比分析針對(duì)風(fēng)速12m/s，湍流強(qiáng)度Iref分別0.12和0.16。對(duì)風(fēng)速、葉片、輪轂和塔頂Mx、My載荷進(jìn)行功率譜分析，具體如圖6，7所示。圖3旋轉(zhuǎn)輪轂彎矩載荷隨風(fēng)速變化曲線（仿真）Fig.3Curveofrotatinghubmomentchangedwithwindspeed(Simulation)圖4塔頂彎矩隨風(fēng)速變化曲線（仿真）Fig.4Curveoftowertopmomentchangedwithwindspeed(Simulation)從圖6、7的功率譜可明顯看出，風(fēng)速?zèng)]有明顯峰值，但葉片、輪轂和塔頂Mx，My主導(dǎo)載荷中出現(xiàn)明顯的尖峰，這主要來(lái)源于風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)頻和部件固有頻率，其中風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)頻1P約為0.175Hz，塔筒1階約0.254Hz，葉片揮舞1階約0.53Hz，葉片擺振1階約0.92Hz，傳動(dòng)鏈1階或葉片揮舞2階約1.24Hz，葉片擺振2階約2.5Hz。其峰值都隨著湍

第13期巫發(fā)明等：湍流強(qiáng)度對(duì)風(fēng)電機(jī)組動(dòng)力學(xué)特性及載荷的影響51圖2葉根彎矩隨風(fēng)速變化曲線（仿真）Fig.2Curveofbladerootmomentchangedwithwindspeed(Simulation)從圖3可知，旋轉(zhuǎn)輪轂Mx1與湍流強(qiáng)度關(guān)聯(lián)不大，但My1、Mz1受湍流強(qiáng)度影響較為明顯，湍流強(qiáng)度上升0.02，其載荷上升達(dá)到10%。其中旋轉(zhuǎn)輪轂Mx載荷影響較小的原因，轉(zhuǎn)矩是受轉(zhuǎn)速控制，能保持穩(wěn)定。從圖4可知，塔頂Mx2與湍流強(qiáng)度關(guān)聯(lián)較小，塔頂My2和扭矩Mz2受湍流強(qiáng)度影響較為明顯，湍流強(qiáng)度上升0.02，其載荷上升達(dá)到10%。從圖5可知，塔底Mx3與湍流強(qiáng)度關(guān)聯(lián)性隨著風(fēng)速的增加而增大，塔底My3受湍流強(qiáng)度影響較為明顯，湍流強(qiáng)度上升0.02，其載荷上升達(dá)到10%，特別是隨風(fēng)速的增大后更加明顯。2.4功率譜對(duì)比分析針對(duì)風(fēng)速12m/s，湍流強(qiáng)度Iref分別0.12和0.16。對(duì)風(fēng)速、葉片、輪轂和塔頂Mx、My載荷進(jìn)行功率譜分析，具體如圖6，7所示。圖3旋轉(zhuǎn)輪轂彎矩載荷隨風(fēng)速變化曲線（仿真）Fig.3Curveofrotatinghubmomentchangedwithwindspeed(Simulation)圖4塔頂彎矩隨風(fēng)速變化曲線（仿真）Fig.4Curveoftowertopmomentchangedwithwindspeed(Simulation)從圖6、7的功率譜可明顯看出，風(fēng)速?zèng)]有明顯峰值，但葉片、輪轂和塔頂Mx，My主導(dǎo)載荷中出現(xiàn)明顯的尖峰，這主要來(lái)源于風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)頻和部件固有頻率，其中風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)頻1P約為0.175Hz，塔筒1階約0.254Hz，葉片揮舞1階約0.53Hz，葉片擺振1階約0.92Hz，傳動(dòng)鏈1階或葉片揮舞2階約1.24Hz，葉片擺振2階約2.5Hz。其峰值都隨著湍


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