[發明專利]一種直驅風力發電機的螺栓強度分析方法

有效

• 申請號: 201210575098.4
• 申請日: 2012-12-26
• 公開（公告）號: CN103020377A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 陳爭;肖珊彩;白艷;李明輝;張洪坤;張林中;張啟應
• 申請（專利權）人: 國電聯合動力技術有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京方韜法業專利代理事務所 11303
• 代理人: 馬麗蓮

技術領域

本發明涉及風力發電技術領域，具體地，涉及一種直驅風力發電機的螺栓強度分析方法。

背景技術

近年來，隨著風力發電技術的高速發展，風電機組的單機容量也越來越大，直驅發電機取代增速機構和普通發電機的組合結構成為了風力發電技術的必然發展趨勢。

現有的直驅發電機螺栓強度分析方法，提取的多為螺栓的Mises應力，對這個應力隨電機外載變化而產生的變化進行統計分析計算，這是一個有限元軟件自己合成的應力，螺栓在不同載荷作用下的Mises應力的方向不同，直接用來迭加不合適，由此可見，現有的分析方法缺少對螺栓本身應力分布、合成，及其與外載關系的分析計算。即，現有的分析方法通過計算機仿真來計算螺栓的強度，但其僅為初步分析，所得分析結果仿真度低，精確性差。

發明內容

本發明的目的是提供一種精確性更高的直驅風力發電機的螺栓強度分析方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種直驅風力發電機的螺栓強度分析方法，包括：（1）對直驅風力發電機結構進行有限元建模；（2）對直驅風力發電機結構加載外載；（3）計算提取外載作用下的螺栓應力結果；（4）對提取的螺栓應力結果進行后處理；（5）根據后處理的結果計算螺栓的疲勞強度和極限強度；其中，在步驟（3）中，所述螺栓應力結果包括對螺栓同一截面的軸向應力和兩個相互垂直的彎曲應力結果；對應地，在步驟（4）中，所述的后處理過程為：將所述軸向應力和兩個相互垂直的彎曲應力這三個應力分量進行迭加計算，然后根據最大主應力法則合成合應力。

進一步地，在步驟（2）中，所述外載采用分段加載的方式進行加載；對應地，在步驟（5）中，計算螺栓的極限強度時，采用分段差值計算方法。

進一步地，在步驟（2）中，所述外載僅考慮風力發電機輪轂中心處的My和Mz載荷。

進一步地，在步驟（2）中，在加載外載時，分成正負載荷加載，并且各平均分為四段，其中，加載My載荷時，加載-My，-3/4My，-1/2My，-1/4My，0,1/4My，1/2My，3/4My，My共9個載荷步，加載Mz載荷步驟相同；對應地，所述步驟（5）中的分段差值計算方法為：選擇±My和±Mz對應的螺栓合應力中的最大值，差值得出最大Myz值對應的螺栓合應力，用其計算螺栓的極限強度。

進一步地，在步驟（2）中，首先對直驅風力發電機結構施加螺栓預緊力和重力載荷，分為兩個載荷步，然后再施加所述的外載；對應地，在步驟（3）中，用施加螺栓預緊力、重力、外載的結果減去只施加螺栓預緊力和重力的結果，即得到外載作用下的螺栓應力結果。

進一步地，在步驟（5）中，所述疲勞強度的計算方法為：將步驟（4）得到的合應力與外載疲勞載荷時間歷程相結合，得出螺栓截面各個位置最大主應力隨時間變化的應力譜，再將應力譜統計成應力結果的馬科夫矩陣，結合符合行業GL規范的螺栓疲勞S-N曲線，計算在特定風力發電機疲勞載荷譜和工況發生次數條件下，風力發電機安全運行年限內，各個螺栓同一截面不同位置的損傷值，從中選出最大的值為該螺栓的疲勞損傷值。

進一步地，所述符合行業GL規范的螺栓疲勞S-N曲線為經過衰減處理的曲線。

進一步地，所述特定風力發電機疲勞載荷譜為原始的疲勞載荷譜。

進一步地，所述步驟（5）中還計算螺栓加緊狀態及被連接件的受力情況。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1、在提取螺栓應力時，本發明的方法是提取螺栓的軸向應力和兩個相互垂直的彎曲應力，在后處理過程中將這三個應力分量進行迭加計算，然后根據最大主應力法則合成合應力，這樣也會更加精確。

2、考慮到螺栓分析過程中的非線性問題，本發明中的外載為分段加載，在計算螺栓極限強度時采用分段差值計算方法，會更加精確。

3、在外載加載之前考慮重力和螺栓預緊力的影響，將重力和螺栓預緊力作用下各螺栓的應力情況作為初始狀態，會更加精確。

4、反應螺栓疲勞性能的S-N曲線，是根據行業規范進行過衰減的，在計算時可以保證足夠保守，會更加精確。

5、螺栓疲勞強度用到的是原始的疲勞載荷譜，相對于現有中常用的合成后的等效疲勞載荷，會更加精確。

6、本發明的一種直驅風力發電機的螺栓強度分析方法，其中的高強螺栓用于連接直驅風力發電機的各個部分，該分析方法對發電機結構中的所有螺栓進行一次性共同分析，這樣能夠更真實的描述各組螺栓所處的外部條件，對于螺栓強度的分析更加精確，對螺栓結構實際設計的指導意義更加重大。

具體實施方式