導(dǎo)葉可調(diào)式雙渦輪液力變矩器特性分析及在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用研究.pdf

1、液力機(jī)械調(diào)速系統(tǒng)具有成本低、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電液力調(diào)速裝置上可實(shí)現(xiàn)變輸入恒輸出的自動(dòng)控制，從而使用同步電機(jī)。風(fēng)力發(fā)電液力機(jī)械傳動(dòng)裝置需要液力變矩器的高效區(qū)范圍寬，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速比低，而國(guó)內(nèi)的低轉(zhuǎn)速比可調(diào)式液力變矩器尚沒(méi)有成型產(chǎn)品，其完整性能參數(shù)有待進(jìn)一步研究[1][2]。
　　本文受國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）專題課題“前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)制造關(guān)鍵技術(shù)研究”（2012AA052901）的資助，力圖為L(zhǎng)UT600型液力

2、調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、LUT46.5型風(fēng)力機(jī)的匹配及改進(jìn)提供一定的理論基礎(chǔ)。本文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?)導(dǎo)葉可調(diào)式雙渦輪液力變矩器設(shè)計(jì)
　　風(fēng)力發(fā)電需要低轉(zhuǎn)速可調(diào)式液力變矩器，而現(xiàn)有單級(jí)液力變矩器不能滿足要求，故采用雙級(jí)液力變矩器。國(guó)內(nèi)可調(diào)式液力變矩器品種單一，尚無(wú)成型雙級(jí)可調(diào)式液力變矩器，鑒于此，本文設(shè)計(jì)了一種滿足風(fēng)力發(fā)電要求的導(dǎo)葉可調(diào)式雙渦輪液力變矩器。
　　（2)導(dǎo)葉可調(diào)式雙渦輪液力變矩器靜態(tài)特性分析

3、　　為了使仿真計(jì)算結(jié)果更加真實(shí)可靠，應(yīng)用UG軟件抽取各工作輪全部流道，并采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成了網(wǎng)格模型。在建立控制方程組時(shí)，選取了連續(xù)性方程、動(dòng)量方程，并采用RNG k??模型。利用交互面技術(shù)計(jì)算不同開(kāi)度不同工況下液力變矩器靜態(tài)特性。在此基礎(chǔ)上，繪制了不同開(kāi)度各工況下的各個(gè)工作輪轉(zhuǎn)矩曲線，為液力調(diào)速系統(tǒng)研究服務(wù)。
　?。?）導(dǎo)葉可調(diào)式雙渦輪液力變矩器導(dǎo)葉調(diào)節(jié)性能分析
　　采用FLUENT軟件研究導(dǎo)葉調(diào)節(jié)速度對(duì)導(dǎo)葉可調(diào)式雙渦輪

4、液力變矩器輸出特性的影響。本文提出基于動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)和UDF技術(shù)相結(jié)合的導(dǎo)葉可調(diào)式雙渦輪液力變矩器動(dòng)態(tài)特性分析方法，并介紹了模型設(shè)置方法、網(wǎng)格更新方法以及動(dòng)網(wǎng)格的運(yùn)動(dòng)方式；其后對(duì)動(dòng)邊界控制實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了分析，并選擇了合理的邊界控制函數(shù)。研究導(dǎo)輪葉片調(diào)節(jié)速度對(duì)導(dǎo)葉可調(diào)式雙渦輪液力變矩器泵輪、一級(jí)渦輪、二級(jí)渦輪和導(dǎo)輪葉片轉(zhuǎn)矩的影響，并給出合理取值范圍。本文設(shè)計(jì)了一種導(dǎo)葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，分析調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)速度和力矩的變化規(guī)律，為調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的控制、制造和伺服

5、電機(jī)選型奠定基礎(chǔ)。
　?。?）MATLAB/Simulink與FLUENT的聯(lián)合仿真
　　以研究導(dǎo)葉可調(diào)式雙渦輪液力變矩器動(dòng)態(tài)特性為背景，針對(duì)單一環(huán)境下仿真導(dǎo)葉可調(diào)式雙渦輪液力變矩器動(dòng)態(tài)行為和流體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題存在的局限性，提出了基于MATLAB/Simulink與FLUENT聯(lián)合仿真的解決方案。分析了兩個(gè)仿真軟件運(yùn)行環(huán)境，并提出了實(shí)現(xiàn)方法:在MATLAB/Simulink建立PID算法，F(xiàn)LUENT計(jì)算變矩器流道三維動(dòng)態(tài)模型，

6、利用軟件間的接口進(jìn)行參數(shù)和數(shù)據(jù)的交互，設(shè)計(jì)了一種模糊自整定PID控制器，完成導(dǎo)葉可調(diào)式雙渦輪液力變矩器控制系統(tǒng)的仿真計(jì)算，即實(shí)現(xiàn)聯(lián)合仿真。
　?。?）導(dǎo)葉可調(diào)式雙渦輪液力變矩器控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析
　　對(duì)由導(dǎo)葉可調(diào)式雙渦輪液力變矩器構(gòu)成的液力傳控系統(tǒng)恒力和恒速閉環(huán)控制進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真研究，通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析，獲得了導(dǎo)葉可調(diào)式雙渦輪液力變矩器控制系統(tǒng)恒力矩和恒速閉環(huán)控制的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)并對(duì)其動(dòng)態(tài)品質(zhì)有了大致了解，為液力機(jī)械調(diào)速系

7、統(tǒng)的設(shè)計(jì)、分析以及結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步完善系統(tǒng)提供了參考數(shù)據(jù)。
　　（6）風(fēng)力發(fā)電液力調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算與分析
　　選用LUT46.5-2MW風(fēng)力機(jī)，根據(jù)實(shí)測(cè)該風(fēng)力機(jī)輸出功率、轉(zhuǎn)速和風(fēng)速對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算得到其功率系數(shù)與葉尖速比關(guān)系。為保證風(fēng)力機(jī)傳動(dòng)鏈系統(tǒng)整體獲得高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)傳動(dòng)鏈各部件進(jìn)行了合理的匹配優(yōu)化。
　　對(duì)前端調(diào)速式風(fēng)力機(jī)傳動(dòng)鏈關(guān)鍵部件的工作原理進(jìn)行分析，分別建立風(fēng)速模型、風(fēng)輪空氣動(dòng)力學(xué)模型、傳動(dòng)鏈動(dòng)力學(xué)模型、導(dǎo)葉可

8、調(diào)式雙渦輪液力變矩器動(dòng)態(tài)模型以及主軸轉(zhuǎn)速計(jì)算模型。整合各子系統(tǒng)，引入模糊 PID控制，建立傳動(dòng)鏈整體仿真模型，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算?；谧畲箫L(fēng)能捕獲，綜合考慮傳動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過(guò)模糊 PID控制導(dǎo)葉開(kāi)度，調(diào)節(jié)液力變矩器的工作油循環(huán)流量，從而改變導(dǎo)葉可調(diào)式雙渦輪液力變矩器的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的變化，使主軸轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在設(shè)計(jì)值。
　?。?）風(fēng)力發(fā)電液力調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究
　　統(tǒng)計(jì)、分析實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)風(fēng)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、導(dǎo)葉開(kāi)度與發(fā)電功率對(duì)應(yīng)