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NB／T 10656-2021 直驱永磁风力发电机组 振动稳定性仿真与验证.pdf简介：

NB/T 10656-2021标准，全称为《直驱永磁风力发电机组振动稳定性仿真与验证技术规范》，是中国国家标准中关于直驱永磁风力发电机组设计和制造的一项技术指南。直驱永磁风力发电机组，即直接将风能转化为电能，不使用齿轮箱的风力发电设备，其主要部件是永磁同步发电机和直驱结构。

该标准主要关注的是发电机组在运行过程中的振动稳定性，包括但不限于风轮、发电机、塔架等关键部件的振动分析、仿真预测以及实际运行中的验证。振动稳定性是保证风力发电机组长期安全可靠运行的重要因素，过大或不稳定的振动可能会导致设备寿命缩短，甚至发生严重的机械故障。

仿真部分，主要是通过计算机模拟技术，预测风力发电机组在各种工况下的振动特性，包括风速、负荷变化、温度变化等因素对振动的影响，这有助于在设计阶段就发现并优化可能存在的振动问题。

验证部分，通常包括实验室测试和现场运行验证两部分。实验室测试是通过专门的振动测试设备对制造出的风力发电机组进行振动测试，以确保其符合标准要求。现场运行验证则是将风力发电机组安装在实际环境中，通过长期运行数据来验证其振动稳定性的实际性能。

总的来说，NB/T 10656-2021标准为直驱永磁风力发电机组的振动稳定性提供了一套完整的评价和控制方法，对于提升风力发电设备的可靠性具有重要意义。

NB／T 10656-2021 直驱永磁风力发电机组 振动稳定性仿真与验证.pdf部分内容预览：

本文件规定了直驱永磁风力发电机组整机振动稳定性评估的建模要求、评价指标、试验内容、试验 方法及仿真试验验证等技术要求。 本文件适用于评估直驱永磁风力发电机组整机振动稳定性。

式中： n转速，单位为转每分钟（r/min)； P—磁极对数。 3.5 模态试验分析modaltestanalysis 为确定系统模态参数所做的振动试验分析。 注：通常先由激励和响应的关系得出频率响应矩阵，再由曲线拟合等方法识别出模态参数。 3.6 模态参数modalparameters 模态的特征参数，即振动系统的各阶固有频率、振型和阻尼比。 3.7 振型modalshape 系统某一给定模态的振型是指由中性面（或中性轴）上的点偏离其平衡位置的最大位移值所描绘的 图形。 注：各点振型值通常按照选定点的偏离值进行归一化。 3.8 模态节点/节线modalnode/line 模态振型中的零幅值点/线。 3.9 正常风廓线模型normalwindprofile；NwP 假设的风速随离地面高度变化的数学表达式。 注：风廓线表示平均风速，用作地面以上的高度函数z。如果是标准风力发电机等级，假定正常风速风廊线是按照幂 律提供的公式（2）所示。

假设的风速随离地面高度变化的数学表达式。 注：风廓线表示平均风速，用作地面以上的高度函数z。如果是标准风力发电机等级，假定正常风速风廓丝 律提供的公式（2）所示。

《室内装饰装修材料 壁纸中有害物质限量 GB 18585-2001》V(z)=Vhb(z/zhb）

式中： V(z)——高度z处的风速，单位为米每秒（m/s); Zhub 轮毂高度，单位为米（m)； Z 高度，单位为米（m)； 一 幂指数，通常选取0.2。

式中： V(z)——高度z处的风速，单位为米每秒（m/s); Zhub 轮毂高度，单位为米（m)； N 高度，单位为米（m)； 0 幂指数，通常选取0.2。

直驱永磁风力发电机组整机振动稳定性可采用计算机仿真和试验测试结合的方式进行评价。通 过试验结果与仿真结果的对比，对整机振动稳定性进行评定。为保障可靠性，对振动稳定性的评定应按 照图1步骤进行。

图1振动稳定性评定步骤

本文件中的风力发电机组振动稳定性仿真模型应根据风力发电机组的实际结构和参数进行建模 风力发电机组振动稳定性模型应能正确反映风力发电机组动力学特性，充分考虑在空气动力学 力、控制等多域作用下的整机耦合系统动力学特性，适用于整机振动稳定性评估。

整机振动稳定性仿真模型应包含对整机振动稳定性有明显影响的部件、系统。典型的整机动力 莫型包括风轮系统、传动系统、塔架基础系统、整机控制系统。整机动力学仿真模型拓扑图见图

计算机仿真模型的完整度、精细度以及相关参数要求见表1。

2 直驱永磁风力发电机组整机仿真模型拓扑图

表1仿真模型建模要求

评估方法包括但不限于特征值分析、时程扫频、涡激振动分析。

应考虑入流特性、载荷、结构变形、运动姿态、控制等因素对整机模态的影响。 针对不同风速下机组不同稳定状态，应至少对下述两种系统模式进行特征值分析： 开环系统：针对无控制器介入的整机动力学系统，分析其特征值、特征向量，评估系统稳定性； 闭环系统：针对控制器介入的整机动力学系统，分析其特征值、特征向量，评估系统稳定性。 特征值分析应定量给出各阶模态的频率、振型和阻尼比，并指出潜在的稳定性风险。

图3斜坡风风速变化示意图

图4阶跃风风速变化示意图

5.3.4涡激振动分析

涡激振动分析建议采用模态能量法、时域响应法、谱模型等方法。

图5潜在发散的工作区域示意图

对于激励频率，应考虑风轮转频及其倍频（1倍频～9倍频），以及发电机基波频率及其二倍频。叶 片、发电机、塔架共振转速互不重叠（建议转速带宽为土0.5r/min）。 风轮系统不宜存在面内的负阻尼情况。 整机时程扫频时叶片、发电机、塔架等部件的振动无发散特征。 振动加速度阈值应按照GB/T35854一2018中的描述，或者以结构发生无法承受的疲劳损伤对应的振 动阈值为参考。 针对潜在发散的工作区域，须评估对机组安全性的影响，给出定量评估结论和合理解释，或者从结 构设计、控制策略上进行改进。 塔架涡激振动分析须给出定量评估结果，包括塔架一阶弯曲、二阶弯曲模态发生涡激振动的风速、 振动频率、振动幅值、塔架截面载荷和疲劳损伤。 在风力发电机组全寿命周期内，塔架涡激振动累计疲劳损伤不应超过0.1。 根据塔架振动风险大小，建议通过增加揽风绳、扰流块、硬件阻尼器或者其他方式对塔架进行加阻 以满足要求。

试验验证主要目的是验证整机的振动稳定性，同时也是对仿真模型的验证与确认，依据相关标准和 要求对机组振动稳定性结果进行评定和改进优化。 为保证机组安全，一般采用从部件到子系统再到整机的递进验证步骤。 试验内容包括关键部件和整机的模态试验、振动试验。

6.2.1试验对象和内容

通过试验获取叶片、发电机的激励和响应数据，对数据进行处理、辨识，以获取叶片和发电机的 态参数。试验主要内容有： a）预试验分析； b）试验实施； c）试验数据有效性检查； d） 模态参数辨识； e）试验结果评定。

模态试验需要在一定的边界条件下进行，叶片和发电机的边界条件要求如下： a）叶片：通过叶根法兰安装于试验台，叶片预弯方向根据试验条件选择； b）发电机：按照JB/T8990的规定，通过机舱安装于台架上，进行约束模态试验。

6.2.3.1激励系统

激励系统须满足以下要求： a) 激励主要由激振器或力锤产生。 b） 力锤应符合GB/T11349.3的规定。 c) 激振器系统中的激振器应符合GB/T11349.2一2006中6.3的规定；功率放大器应具备高输出阻 抗，且要求在试验频率范围内频响特性为线性。

6.2.3.2测量系统

测量系统要求如下： a）系统组成：测量系统一般由加速度传感器和数据采集系统组成。 b）加速度传感器要求： 1）量程及使用频率范围应满足试验要求，线性度偏差不大于2%，频响偏差不大于5%； 2）具有足够的灵敏度和较强的抗干扰能力，传感器质量和惯性特性应尽量小，以减小附件质 量对被测对象的影响； 3）灵敏度应稳定，温度灵敏度偏差不大于1%，横向灵敏度应在测量方向灵敏度占比不小于 5%； 4）对使用环境（如温度、湿度、磁场、电场等）的影响不敏感； 5）传感器安装可通过胶或双面胶纸等固定被试对象上，安装应牢固，在传感器的主轴方向应 是刚性的，不应有松动或滑移； 6）传感器应与被测对象绝缘。 c）数据采集系统： 1）模拟信号采样前应加模拟式抗混滤波器，滤波器的截止频率应大于最高分析频率且应尽量 接近分析频率，频带外的分频斜率应大于12dB/oct。 2）采样频率应根据所处理信号的类型、最高分析频率、硬件条件来选择。

6.2.3.3分析系统

6.2.3.4其他要求

试验系统应符合以下要求： 模数转换器和数模转换器字长至少12位； 激励系统、测量系统所用设备应由具有检定、校准资质的机构检定合格，并在有效期内 测点、激励点布置

6.2.4测点、激励点布置

6.2.4.1一般要求

叶片模态试验至少辨识前三阶挥舞模态、前三阶摆振模态、第一阶扭转模态的模态频率、模态阻尼 L六、 模态振型。 激励点宜靠近叶尖位置，推荐靠近叶尖的1/3长度内。 测点要求如下： a）至少测量3个截面。 b）每个截面的前、后缘应分别布置传感器，测量挥舞和摆振方向。 c）传感器布置时应考虑避开模态节点或节线，可在两个节点或节线之间布置传感器。叶片各阶模 态的节点位置见图6。

发电机模态试验至少辨识一阶弯曲模态、二阶弯曲模态、一阶轴向模态的模态频率、模态阻尼比、 模态振型。 发电机宜采用多参考点激励。 测点要求如下： a）测点应布置在发电机的主体支撑结构上，可均匀布置。 b）方向应包括轴向、径向和切向。 c）布置传感器时，应考虑避开模态节点或节线，可在两个节点或节线之间布置传感器。传感器类 量可根据关心的振型的节点位置及节点数确定。发电机模态节点位置见图7。

注：数字表示叶片的模态节点。

注：数字表示发电机的模态节点，虚线表示发电机，实线表示振型

模态试验结果要求如下： a） 输出要求的模态频率、阻尼比和振型； b） 对于同次试验，能够清晰辨识出不同振型； c 对于重复性试验，模态频率一致性偏差不超过3%。

图6叶片模态振型示意图

振动测量参数包括振动加速度和振动速度两类。振动加速度参数用来评估机械结构的振动冲 速度参数用来评估机械结构的振动能量

GB／T 30431-2020 实验室气相色谱仪设备应满足GB/T35854一2018中第5章的要求

6.3.2.1试验目的

获取发电机定子、转子及轴承在空载、负载工况下的振动特性

JGJ107-2016 钢筋机械连接技术规程.pdf6.3.2.2试验要求

试验要求如下： a) 轴承振动测量方法应按照GB/T10068一2020的规定进行； b） 发电机定子振动测点应按照GB/T35854一2018中4.3的规定进行； 宜进行发电机转子振动试验，测点布置在转子的主要振动面或主支撑结构上； d）试验转速应至少涵盖工作转速区间。

6.3.2.3试验输出