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双馈风电机组传动链建模与扭振疲劳损耗研究

双馈风电机组传动链建模与扭振疲劳损耗研究

作者：仇世龙石河子大学

学位级别：硕士

双馈风力发电机是复杂的机电耦合系统,双馈风电机组的传动链是实现机组功率传输的重要部分。由于桨叶、齿轮箱等柔性部件的存在,传动链具有欠阻尼系统的特性,因此叶轮气动转矩和发电机电磁转矩的动态变化都可能激发传动链扭振。传动链... 详细信息

双馈风力发电机是复杂的机电耦合系统,双馈风电机组的传动链是实现机组功率传输的重要部分。由于桨叶、齿轮箱等柔性部件的存在,传动链具有欠阻尼系统的特性,因此叶轮气动转矩和发电机电磁转矩的动态变化都可能激发传动链扭振。传动链扭振不仅会使传动链关键部件产生疲劳,降低可靠性,还会引起风电机组输出功率波动,直接影响并网系统的稳定性。现有研究表明,传动链柔性和电磁转矩波动是传动链扭振最主要的原因。因此,研究传动链柔性建模和传动链扭振疲劳损耗,对抑制传动链轴系的扭振疲劳损耗、改进电气控制策略、传动链扭振安全分析、状态监测与寿命管理具有重要的现实意义。本文提出采用传动链柔性建模的方法研究传动链的扭振特性,提出一种具有理论参考价值的分析方法,结合传动链柔性和电磁转矩动态扰动两个特点,将电网短路故障作为典型电网扰动因素,以电网短路故障下发电机电磁转矩载荷激励引起传动链扭振为研究背景,通过理论分析、参数化建模和仿真实验,围绕电磁转矩波动对双馈风力发电机传动链扭振特性、扭振响应规律的影响以及传动链的疲劳损耗规律、疲劳损伤的累积效应的评估开展研究。主要研究内容及成果结论如下:(1)基于某并网运行的1.5 MW机型实际结构和几何参数,在ANSYS通用有限元平台下建立了适合研究传动链扭振特性的多柔体传动链有限元模型;在MATLAB/Simulink平台下建立了双馈风力发电机组机电耦合仿真模型。分析了传动链的固有特性,找到了前十二阶扭振模态的频率和振型,验证了所建模型的有效性;通过静应力分析,找到了传动链扭应力集中部位,传动链的危险部位主要在传动链的三根传动轴上。(2)分析了短路故障产生电磁转矩的主要频率分量、传动链扭振的传递强度以及传递规律。发生三相接地短路故障时双馈发电机电磁转矩振荡程度最剧烈。通过短路故障下各质量块间的传递转矩和相对扭转角的时域响应,分析了传动链扭振的传递强度以及传递规律。最后通过对轴系上传递扭矩的频谱分析,分析了传动链的扭振响应特性,齿轮箱和发电机转子间的传递转矩可以比较全面的反映出传动链中存在的扭振频率。(3)传动链扭振疲劳损伤是扭振产生的结果。传动链中,高速轴最容易发生疲劳损耗,可靠性最低,发生疲劳损耗的部位与高速轴一阶扭振模态的扭振部位一致。电磁转矩中低频分量会激发高速轴的一阶扭振模态(1.65 Hz),激发传动链高速轴扭振;电磁转矩中的高频分量激发会齿轮箱内中间轴和太阳轮轴对应中间级齿轮轴的一阶扭振模态(62.611 Hz),激发中间轴和太阳轮轴扭振,产生扭振疲劳损耗,降低疲劳寿命和可靠性。传动链的扭振疲劳主要发生在齿轮箱的三根传动轴上,三相短路故障对传动链的疲劳损伤影响最大。随着扭振的传递,扭振对远离发电机部件的影响逐渐减小,电磁转矩激发的扭振具有传递效应。(4)传动链短期疲劳损伤具有累积效应,电网故障产生的电磁转矩波动载荷在短期内对机组传动链的疲劳损耗无明显影响,但故障产生的短期疲劳损伤的累积效应会加剧机组传动链的疲劳损耗,使传动链累积疲劳寿命下降,甚至在设计寿命内失效。

关键词：双馈风电机组传动链扭振疲劳损耗电网故障

计及齿轮全柔性的风电机组传动链有限元建模及扭振特性分析

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太阳能学报 2020年第3期41卷 80-88页

作者：李辉仇世龙柴兆森岑红蕾鲁敏龚立娇石河子大学机械电气工程学院石河子832003 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆400044

大功率风电机组传动链关键部件柔性直接影响机组扭振特性及疲劳寿命,提出考虑齿轮柔性与啮合柔性的传动链有限元建模及扭振特性分析。首先,基于实际双馈风电机组传动链结构、材料属性与几何参数,考虑齿轮箱内齿轮柔性与齿轮啮合柔性,结... 详细信息

大功率风电机组传动链关键部件柔性直接影响机组扭振特性及疲劳寿命,提出考虑齿轮柔性与啮合柔性的传动链有限元建模及扭振特性分析。首先,基于实际双馈风电机组传动链结构、材料属性与几何参数,考虑齿轮箱内齿轮柔性与齿轮啮合柔性,结合叶片、轮毂、主轴和发电机转子,建立风电机组传动链多柔体有限元模型。其次,基于有限元模态分析理论,提出一种基于矢量位移云图筛选扭振频率的分析方法,获取计及齿轮全柔性影响的风电机组中、低频范围的扭振模态,并与不同传动链模型结果进行比较,验证该文所建模型的有效性。最后,分别分析不同齿轮柔性和齿轮啮合柔性对传动链扭振频率和模态的影响。结果表明,该文所建模型不仅能反映传动链扭振固有的低频频率,而且能反映弯扭耦合产生的中频扭振频率,且相比齿轮啮合柔性,齿轮柔性系数影响传动链高频扭振特性明显。

关键词：风力发电机齿轮传动柔性扭振传动链有限元

电网短路故障下双馈风电机组传动链扭振疲劳可靠性分析

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太阳能学报 2022年第2期43卷 380-388页

作者：仇世龙李辉龚立娇王宾柴兆森司金冬石河子大学机械电气工程学院石河子832003 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆400044 电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系) 北京100084

双馈风电机组电气故障扰动引起的电磁转矩波动易造成轴系传动链扭振疲劳,有必要研究电网短路故障对机组传动链扭振疲劳可靠性的影响。首先建立考虑关键部件柔性的传动链有限元模型,通过模态分析获取传动扭振模态。其次基于集中质量法,... 详细信息

双馈风电机组电气故障扰动引起的电磁转矩波动易造成轴系传动链扭振疲劳,有必要研究电网短路故障对机组传动链扭振疲劳可靠性的影响。首先建立考虑关键部件柔性的传动链有限元模型,通过模态分析获取传动扭振模态。其次基于集中质量法,建立机电耦合模型,以电网短路故障为扰动因素,仿真分析电网短路故障下电磁转矩动态响应。最后将电网短路故障下发电机电磁转矩扰动作为激励,借助ANSYS Designlife平台构建传动链扭振疲劳可靠性模型,分析机组传动链在电网短路故障下电磁转矩波动对扭振疲劳可靠性的影响。结果表明:三相接地故障时电磁转矩波动最剧烈,对传动链的疲劳可靠性影响更大;电网发生短路故障时,电磁转矩中存在低频分量可与高速轴的扭振模态耦合,激发高速轴的扭振,加剧高速轴的疲劳损伤;电磁转矩激发的扭振具有传递效应,越靠近发电机的部件扭振越明显,可靠性越低。

关键词：风电机组传动链双馈扭振有限元疲劳寿命可靠性

基于机器视觉的双圆盘式棉花打顶装置设计与试验

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农业机械学报 2023年第5期54卷 36-46页

作者：韩长杰燕长辉仇世龙徐阳胡斌毛罕平新疆农业大学机电工程学院乌鲁木齐830052 石河子大学机械电气工程学院石河子832003

为降低人工打顶的劳动强度,减少化学打顶的环境污染,改善“一刀切”式打顶机构的过打顶情况,通过分析手工打顶过程,设计了一种双圆盘式打顶机构,并基于机器视觉,设计打顶装置单行样机,实现棉花打顶的全程自动化控制。该装置主要由打顶... 详细信息

为降低人工打顶的劳动强度,减少化学打顶的环境污染,改善“一刀切”式打顶机构的过打顶情况,通过分析手工打顶过程,设计了一种双圆盘式打顶机构,并基于机器视觉,设计打顶装置单行样机,实现棉花打顶的全程自动化控制。该装置主要由打顶机构、视觉检测机构、运动机构和棉花顶尖识别及控制系统组成。基于棉田调研、结构计算和预试验,确定了打顶装置的整体结构和关键部件尺寸。结合视觉识别研究基础与实际应用,选用YOLO v3算法搭建棉花顶尖识别及控制系统,实现棉花顶尖的识别定位,完成打顶机构的运动控制。以打顶期棉花为研究对象,进行棉花顶尖识别试验、打顶机构性能试验和田间试验,结果表明:棉花顶尖识别试验平均识别率为93%;打顶机构性能试验平均打顶率为94.67%;田间试验平均识别率为85.33%,平均打顶率为78.22%。研究结果可为棉花精准化与智能化打顶的研究提供参考。

关键词：棉花打顶双圆盘机器视觉 YOLO v3 识别定位运动控制

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风场经柔直送出系统次同步振荡传播特性研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第7期52卷 29-36页

作者：曹跃龙邹小明仇子铭杜雄重庆大学电气工程学院重庆400044 江苏省电力试验研究院有限公司江苏南京211103 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院江苏南京211103

针对风电场经柔直送出系统中的次同步振荡会在换流器交直流侧之间传播的问题,提出了次同步振荡传播系数来定量描述次同步振荡在柔直系统中的传播.基于次同步振荡传播系数,研究了次同步振荡在柔直系统中的传播特性,并以此为依据确定了风... 详细信息

针对风电场经柔直送出系统中的次同步振荡会在换流器交直流侧之间传播的问题,提出了次同步振荡传播系数来定量描述次同步振荡在柔直系统中的传播.基于次同步振荡传播系数,研究了次同步振荡在柔直系统中的传播特性,并以此为依据确定了风场经柔直送出系统中次同步振荡监测设备的布置位置,同时提出了确定振荡主导换流器的判据.结果表明:次同步振荡在从送端换流器的交流侧传播到直流侧的过程中可能放大振荡,并进一步传播到受端换流器的交流侧,因此在柔直直流侧与受端换流器交流侧都应该布置振荡监测设备;次同步振荡几乎不能从送端换流器直流侧传播到其交流侧,因此当风场观测到明显振荡现象时,可以判断送端换流站为振荡主导换流器.

关键词：风场基于模块化多电平的柔直系统次同步振荡振荡传播振荡监测

一流课程背景下《汽车拖拉机构造》课程思政设计与思考

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中国农机装备 2023年第3期 103-105页

作者：仇世龙郭辉董远德韩长杰新疆农业大学机电工程学院新疆乌鲁木齐830052

以《汽车拖拉机构造》课程为例,探索在一流课程建设和新工科建设背景下课程思政建设理念与措施。首先确立了以主线为引领、五步发展组建课程思政案例册的课程思政建设目标,结合新疆农业大学“秾大云上”平台开展基于混合式教学的课程思... 详细信息

以《汽车拖拉机构造》课程为例,探索在一流课程建设和新工科建设背景下课程思政建设理念与措施。首先确立了以主线为引领、五步发展组建课程思政案例册的课程思政建设目标,结合新疆农业大学“秾大云上”平台开展基于混合式教学的课程思政资源建设。其次在课前导学、课中线下翻转教学、课后实践环节的教学设计全过程多渠道融入课程思政元素,将课程思政德育贯穿于教学实施的全部流程。最终落实课程思政德育目标,为培养具备工匠精神、知农爱农的新时代农业工程人才奠定基础。

关键词：汽车拖拉机构造课程思政一流课程

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基于人工取盘原理的食葵取盘装置设计与试验

农业机械学报 2022年第8期53卷 123-131页

作者：韩长杰刁宏伟仇世龙朱兴亮张静袁盼盼新疆农业大学机电工程学院乌鲁木齐830052 新疆智能农业装备重点实验室乌鲁木齐830052

为提高食葵机械化收获水平,解决人工分段收获成本高、劳动强度大等问题,基于人工取盘原理设计一种食葵取盘装置,其主要工作部件为倾斜输送链式取盘机构,模拟人工取盘时沿竖直方向拔起葵盘的动作,实现葵盘采收。依据部件作业过程与动力... 详细信息

为提高食葵机械化收获水平,解决人工分段收获成本高、劳动强度大等问题,基于人工取盘原理设计一种食葵取盘装置,其主要工作部件为倾斜输送链式取盘机构,模拟人工取盘时沿竖直方向拔起葵盘的动作,实现葵盘采收。依据部件作业过程与动力学分析确定了前翻转控制凸轮推角、后翻转控制凸轮推角、托盘杆尺寸及旋转位置、推杆角度等关键设计参数,并获取了作业性能影响因素及其取值范围。以机具前进速度、推杆角度、插盘高度为取盘性能影响因子,以取盘总损失率为响应值进行三因素三水平正交试验,并进行了最优参数组合重复试验。结果表明,取盘过程中各因素对取盘总损失率显著性顺序依次为推杆角度、前进速度和插盘高度,最优参数组合为前进速度0.4 m/s、推杆角度20°、插盘高度1000 mm,在此参数组合下测得取盘总损失率为1.22%,该食葵取盘装置满足食葵低损失收获要求。

关键词：取盘装置食葵人工取盘原理设计

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城阳：17企业家笑捧“牌证卡” 001

青岛日报

作者：辛梅粱秋淑李延志仇世龙

本报讯重奖企业家奖什么？日前，城阳区召开2005年度突出贡献企业家表彰会，将一块刻有“突出贡献企业家”奖牌，一个畅通全区的绿色通行证，一张可在全区各医院通用的定期保健卡，奖给刚评出的全区17名突出贡献企业家。　　　　为什...

本报讯重奖企业家奖什么？日前，城阳区召开2005年度突出贡献企业家表彰会，将一块刻有“突出贡献企业家”奖牌，一个畅通全区的绿色通行证，一张可在全区各医院通用的定期保健卡，奖给刚评出的全区17名突出贡献企业家。　　　　为什么这样做？城阳区委书记李学海认为，重奖?

关键词：

来源： cnki报纸评论

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聚烯烃在锂离子电池隔膜领域的应用进展

石油化工 2024年第5期53卷 752-763页

作者：雷世龙中国石化北京化工研究院燕山分院北京100013

隔膜是锂离子电池的重要组成部分之一,它的性能直接决定了锂离子电池的安全性能、使用寿命和电化学性能等。聚烯烃微孔膜凭借电化学性能优异、价格低廉等优势成为锂离子电池隔膜市场的主流。在隔膜减薄化趋势下,超高分子量聚乙烯隔膜独... 详细信息

隔膜是锂离子电池的重要组成部分之一,它的性能直接决定了锂离子电池的安全性能、使用寿命和电化学性能等。聚烯烃微孔膜凭借电化学性能优异、价格低廉等优势成为锂离子电池隔膜市场的主流。在隔膜减薄化趋势下,超高分子量聚乙烯隔膜独特的性能优势成为聚烯烃微孔膜中最具竞争力的产品。介绍了锂离子电池隔膜的工作原理及性能要求,聚烯烃锂离子电池隔膜的制备方法,包括湿法、干法、静电纺丝等制备工艺;阐述了锂离子电池隔膜专用料的性能要求和研发进展,生产超高分子量聚乙烯的催化剂以及聚烯烃隔膜改性的研究进展。

关键词：锂离子电池隔膜聚烯烃制备方法催化剂改性