1)模态分析
计算完成后,从ADAMS/postprocessor可以得到偏航系统前二阶的模态结果如图7~10所示.
从图7~10和表1中可知,第一阶振型为主机架的横向一阶扭转,固有频率为17.694 7 Hz;第二阶振型为横向二阶扭转,固有频率为55.816 6 Hz;第三阶振型为偏航齿圈的扭转,固有频率为85.141 2 Hz;第四阶偏航齿圈与主机架都发生了扭转,固有频率为170.182 3 Hz.实际中影响系统横向振动的模态主要是横向一阶与横向二阶模态.
2)频响特性分析
以主机架振动角位移为响应输出,通过计算得到主机架扭转振动的频响特性曲线如图11所示.
从幅频特性曲线可知,在17.694 7 Hz,55.816 6 Hz,85.141 2 Hz,170.182 3 Hz范围附近时,频响图出现了峰值.且在17.694 7 Hz和55.816 6 Hz时,幅值很大,因此偏航系统在工作时候,偏航驱动电机的频率要错开这两个频率的范围,以免共振带来的危害.而系统的第三阶和第四阶扭转频率远大于偏航电机的驱动频率,故影响较小.此研究结果与厂家提供的固有频率值基本吻合.
3)添加控制后的振动分析
以主机架y方向的转角为反馈量,以在主机架上施加的力矩为控制量,定义输入输出.在主机架上创建单分量力矩,初始值为0;建立控制系统的输入环节.在主机架质心处建立一个Marker_186点,坐标与主机架的质心坐标一致,建立一个控制输入.创建比例环节,创建比较环节.然后运行仿真,仿真时间为20 s,步长为0.1.得到主机架振动角位移控制前后的角度变化图.
由图12可知,未加控制之前,主机架在偏航运动的结束阶段存在剧烈的来回振荡现象,且振动的幅值达到了0.15 rad,振动衰减的时间超过了20 s,这种来回振荡运动会给风力发电机组疲劳寿命带来严重的损伤.当加了控制后,偏航系统运动状况非常理想,只在刹车后的7.25 s内存在较小的抖动,之后机舱能够迅速锁死并保持静止状态.
3结论
1)建立了兆瓦级风力发电机组偏航系统虚拟样机模型并进了动力学仿真分析与振动分析.结果表明,该虚拟样机能够准确模拟兆瓦级风力发电机组偏航系统的真实工作状况.
2)振动分析结果表明,偏航系统主要振动方式为扭转振动,且前四阶的固有频率分别为17.694 7 Hz,55.816 6 Hz,85.141 2 Hz和70.182 3 Hz.
3)通过在主机架上加反馈控制,偏航系统运动状况非常理想,这有利于消除兆瓦级风机偏航系统来回振荡现象.