複雜載荷下大型水平軸風力機傳動系統可靠性研究

《複雜載荷下大型水平軸風力機傳動系統可靠性研究》是依託華中科技大學，由李建蘭擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：複雜載荷下大型水平軸風力機傳動系統可靠性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李建蘭
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

風力發電是可再生能源的主要利用方式，我國風力發電裝機容量居世界首位。在極端風速、沙塵暴等惡劣氣候條件下，風力發電機組受到突發性、高強度、高頻率的衝擊載荷，易誘發葉片顫振、齒輪斷齒等嚴重故障，引發電壓波動甚至導致電網瓦解等重大事故。本項目針對複雜載荷作用下大型水平軸風力機的葉片顫振和傳動鏈性能退化兩大突出問題，揭示葉片顫振的突變規律及葉片性能損傷機理，提出葉片顫振突變的控制條件；研究傳動軸、軸承、行星齒輪箱等關鍵部件在衝擊載荷下的失效機理與性能退化規律，建立衝擊載荷與部件性能損傷的定量映射關係；揭示傳動系統的多態性與不確定性及其傳播機制，提出傳動系統多態可靠性評估準則與方法。在上述機理與方法研究基礎上，開發風電機組可靠性評估系統並實現套用，為大型水平軸風電機組安全運行提供理論指導和技術支撐。

結題摘要

風力發電是可再生能源的主要利用方式，我國風力發電裝機容量連續多年位居世界首位。然而由於我國風電行業最近十幾年呈現井噴式發展，設計、運行等均存在經驗不足等問題，導致風力機可靠性不高故障頻繁，影響機組安全運行並導致嚴重經濟損失。在極端風速、電網故障等條件下，風力發電機組受到突發性、高強度的衝擊載荷，易誘發機組振動、齒輪斷齒等嚴重故障，引發電壓波動甚至導致電網瓦解等重大事故。本項目針對複雜載荷作用下大型水平軸風力機傳動鏈性能退化及振動故障等問題，揭示傳動鏈故障機理，研究齒輪箱等關鍵部件在衝擊載荷下的失效機理與性能退化規律，揭示傳動系統的多態性與不確定性及其傳播機制，提出傳動系統多態可靠性評估方法，為大型水平軸風電機組安全運行提供理論指導和技術支撐。 本項目對風力機齒輪失效原因及失效機理開展研究，建立了風力機傳動系統齒輪裂紋擴展壽命機理模型，開展了極端風速、緊急制動、齒輪內部動態過程、疲勞載荷等因素對齒根裂紋擴展壽命影響的評估和預測研究。開展了在電網故障條件下，傳動系統扭振疲勞損傷評估研究。對沙塵顆粒與葉片碰撞行為開展研究，探究沙塵在葉片表面的沉積機理，為沙塵沉積對葉片動平衡影響提供基礎。通過UGF方法研究多態系統統計可靠性不確定性的傳播機制，開展包括隨機衝擊載荷下風力機部件性能退化研究，獲得部件性能退化規律，建立基於性能退化特性的可靠性評估模型，實現小樣本數據條件下具有性能退化特性的風力機可靠性評估研究。提出基於可靠性評價的風電場維修最佳化策略，為風電場實現資源的統籌調配與管理提供決策支撐。開展了綜合多個參數幾何比例一致性分析的風洞大氣邊界層被動模擬實驗、風力機葉片動力學性能實驗以及風電機組葉片表面狀態識別實驗研究。