[發明專利]風力發電機組輪轂極限強度的計算方法

在審

• 申請號: 201310257806.4
• 申請日: 2013-06-25
• 公開（公告）號: CN103366049A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 唐蕾;劉衍選;蔡曉峰;趙炳勝
• 申請（專利權）人: 沈陽華創風能有限公司;青島華創風能有限公司;通遼華創風能有限公司;寧夏華創風能有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 呂敏

技術領域

本發明屬于風力發電技術領域，特別是涉及一種風力發電機組輪轂極限強度的計算方法。

背景技術

原有對輪轂的強度計算都是利用工程算法計算整體輪轂的強度能否符合要求，若不符合設計要求要進行整體加厚處理，而輪轂的形狀復雜，受力的狀態也很復雜，工程算法計算過程比較復雜，很難計算精準，不能準確找到其最薄弱的部位。

發明內容

針對上述存在的問題，本發明提供一種風力發電機組輪轂極限強度的計算方法，它通過有限元分析軟件計算，計算準確度高，以解決輪轂的強度安全問題。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

本發明風力發電機組輪轂極限強度的計算方法，采樣有限元分析軟件作為平臺實施建模，進行有限元網格劃分，定義各個部件材料屬性，設置約束條件，進行計算，得出變形及應力云圖，其中，建模過程如下：

（1）通過現有工程軟件繪制輪轂三維模型，導入到有限元軟件平臺，在有限元軟件中繪制葉片及主軸分別與輪轂連接的部分三維實體模型；

（2）設置葉片、主軸和輪轂材料屬性，建立其有限元模型，將葉片、主軸與輪轂進行剛性耦合；確定輪轂總體坐標系；

（3）在輪轂和每個葉片根部分別建立節點并將其轉換到德國勞埃德GL中規定的葉根坐標系，然后剛性耦合到葉片上，使載荷通過葉片傳遞給輪轂。

所述進行有限元網格劃分，是對輪轂利用三維實體單元進行有限元網格的劃分，對葉片根部易出現應力集中的特征部分的網格進行加密設置，每個葉片根部中心位置建立局部坐標系。

所述設置約束條件，包括：

（1）對主軸端面施加全部約束，使輪轂能夠完全固定；

（2）分別在每個坐標系原點施加載荷，該載荷為輪轂在實際風工況下的力及力矩。

所述載荷包括各個葉片產生的氣動載荷、由于風輪旋轉和機艙對風輪轉動引起的離心力、慣性力和重力以及輪轂自身的重力。

所述材料屬性包括材料的彈性模量和泊松比。或者，所述材料屬性還包括材料密度。

?本發明的有益效果為：

1.本發明利用有限元分析軟件計算輪轂極限強度，有利于精準的計算輪轂的強度性能，且可同時計算多個工況，節約成本，非常適于大范圍推廣。

2.本發明的計算方法，有利于節省計算時間，提高計算效率，對計算機的要求低。

附圖說明

圖1為本發明中法蘭的連接結構示意圖。

圖2為本發明中輪轂總體坐標系示意圖。

圖3為本發明中的葉片坐標系示意圖。

圖4為本發明計算得出的輪轂應力云圖。

圖5為本發明計算得出的輪轂變形云圖。

圖中：1.?輪轂，2.?葉片，3.主軸，4.?剛性連接單元，5.節點，XN、YN、ZN為輪轂坐標系，FX、FY、FZ為輪轂各坐標上的力，MX、MY、MZ為輪轂各坐標上的力矩，XR、YR、ZR為葉片坐標系，FR、FR、FR為葉片各坐標上的力，MR、MR、MR為葉片各坐標上的力矩。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。

實施例：本發明的計算方法采用ANSYS（有限元分析軟件）作為實施工具，建立模型，定義各個部件材料屬性，進行計算，得出變形及應力云圖，包括如下步驟：

第一步，建模過程如下：

（1）通過現有的工程軟件繪制輪轂三維模型，導入到有限元軟件平臺，在有限元軟件中繪制葉片2與輪轂1、主軸3與輪轂1連接的部分三維實體模型；

（2）設置葉片2、主軸3和輪轂1材料屬性，包括材料的彈性模量及泊松比；建立其有限元模型，如圖1所示，將葉片2、主軸3與輪轂1進行剛性耦合；確定輪轂1總體坐標系，如圖2所示；

（3）在輪轂1和每個葉片2根部分別建立節點5（坐標系原點），如圖1所示，并將其轉換到德國勞埃德GL中規定的葉根坐標系，各節點5與葉片2端部做剛性耦合，使載荷通過葉片2傳遞給輪轂1。

第二步：對輪轂1利用三維實體單元進行有限元網格的劃分，對葉片2根部易出現應力集中的特征部分的網格進行加密設置，如：圓角、倒角、尖角、曲面等，每個葉片2根部中心位置建立局部坐標系，該局部坐標系是以葉片2的軸向方向為葉片2的Z方向，輪轂1的迎風方向為X方向，通過右手定則得出Y方向。

第三步，設置約束條件，包括：

（1）對主軸3端面施加全部約束，即約束主軸3端面，做所有方向自由度，所有方向自由度是指X、Y、Z坐標方向的平動和轉動共6個方向自由度，使輪轂能夠完全固定，如圖3所示；