论文部分内容阅读
随着经济的发展和能源的短缺,风能作为转型能源迅速发展起来,但是风能发展的同时也给人们的生活带来了不良的影响。风力发电机在工作时所产生的噪声已经影响到了人们的生活与工作,尤其是在生活优越的环境中,人们对噪声的敏感程度越来越强,所以对风电噪声的研究具有重大的意义。本文采3MW的风力发电机作为研究对象,对风电齿轮箱的机械噪声进行研究分析。 风力发电机的运行过程是通过叶片接受风能,经过齿轮箱提速,将转矩传输到发电机进行发电。在转化过程中,由于存在齿轮啮合传动的不平稳、啮入冲击与啮出冲击的影响和装配误差等原因,导致齿轮啮合产生动态刚度激励,经过传动轴承的传递,传达到箱体外壳,最后引发箱体外壳的振动,产生风电齿轮箱的机械噪声,并向外部环境中进行辐射,形成环境噪声污染。 本文首先利用 SolidWorks软件进行了风电齿轮箱的三维模型的绘制,然后应用Nastran工具对风电齿轮箱进行了模态分析,得出风电齿轮箱本身固有频率和振型。并与齿轮的啮合频率就共振问题进行对比分析,最后将模型导入到有限元软件Adams中,以15r/min的驱动转速作为输入,进行齿轮箱的内部激励计算,得出箱体外壳振动位移结果。根据得到的齿轮箱的振动位移,以频域信号作为边界条件,在LMS Virtual.Lab软件中进行声学仿真。以振动位移作为输入条件,建立齿轮箱体的声学模型,采用边界元法对箱体的机械噪声进行预估分析,得到声场的声压云图及各监测点声压级频率响应曲线。 对比分析发现,风力发电机的机械噪声多发生在高频,峰值出现在3000Hz附近,与二级齿轮啮合频率250.379Hz的12倍频相接近,证明二级齿轮啮合是机械噪声主要贡献位置。机械噪声峰值声压级约为113dB,平均声压级为80dB,箱体表面的声压级较高,但随着距离的增加,声压级逐渐减弱。且随着距离的增加,衰减速度逐渐变缓。从辐射方向上看,在水平轴下方45度方向上声压级衰减速度低于其他方向,所以在进行风力发电机的布置时,应避开45度方向上的居民住宅区域。该风力机机械噪声的研究方法,为风力机的优化降噪奠定了基础。