[發明專利]一種風力發電機組主機架強度有限元計算方法

在審

• 申請號: 201810235901.7
• 申請日: 2018-03-21
• 公開（公告）號: CN108547740A
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發明（設計）人: 趙鵬
• 申請（專利權）人: 內蒙古久和能源裝備有限公司
• 主分類號: F03D13/20
• 分類號: F03D13/20;F03D7/02;F03D15/00;F03D80/70;G06Q50/06
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長春

本發明公開了一種風力發電機組主機架強度有限元計算方法，通過對載荷及結構受力形式的分析，確定傳力路徑上的受力部件，建立三維模型，形成完整裝配體；對主機架及受力部件進行特征簡化及結構離散，形成有限元網格模型，并分別設置主機架及受力部件的材料屬性；對主機架及受力部件間的連接關系進行簡化，模擬偏航制動器及偏航電機；對有限元網格模型施加預定的極限工況載荷和邊界條件，形成完整的主機架強度分析有限元模型；根據主機架強度分析有限元模型獲得主機架的應力應變狀態；其中，受力部件包括主軸、主軸承、軸承座、塔筒、塔頂法蘭、齒輪箱支座、偏航制動盤、偏航制動器、偏航軸承。本發明降低計算誤差，獲取了更加準確的計算結果。

技術領域

本發明屬于風力發電技術領域，具體涉及一種風力發電機組主機架強度有限元計算方法。

背景技術

近年來，隨著國家能源結構的調整及風力發電技術的高速發展，單臺機組的功率隨之不斷增大，相應的機組運行環境更加復雜，所受載荷逐步增大且更加復雜，機組的設計重量不斷增加，各個部件在滿足外載的同時也增加了自身重量對機組的影響，因此，目前結構的優化及材料利用率的提高是機組設計的重點與難點。主機架是風力發電機組的主要承力部件，支撐著風輪總成、齒輪箱、發電機、傳動系統、偏航系統等主要部件。主機架的合理設計及可靠質量是保證風力發電機組正常運行的關鍵因素，然而主機架的結構設計是機組設計的難點，分析主機架的強度對主機架的設計及優化至關重要。隨著有限元仿真技術的發展，目前主機架設計及優化過程基本均采用有限元分析方法，此方法不僅極大的縮短機組的研發周期，提高產品性能，且減少了設計成本。在采用有限元分析方法進行強度分析時，模型、連接形式及受力關系的簡化，對準確計算部件應力應變分布，從而指導結構優化設計至關重要。

然而，由于主機架的受力復雜，連接部件較多，目前進行強度分析，較多細節簡化不能真實反映結構的受力與傳力形式，從而可能導致主機架強度計算結果與實際結構應力應變分布及狀態有較大差異，計算結果誤差較大，往往導致制造出來的產品材料利用率較低或不能達到預期要求。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種風力發電機組主機架強度有限元計算方法，基于有限元分析理論及分析平臺，從載荷傳遞及結構受力出發，完整的建立了主機架強度分析模型，在現有分析方法的基礎之上，對偏航制動器及偏航電機的模擬，給出了一種更為合理的簡化方式，從而獲得主機架更為精確的應力應變分布。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

本發明實施例提供了一種風力發電機組主機架強度有限元計算方法，包括：

通過對載荷及結構受力形式的分析，確定傳力路徑上的受力部件，建立三維模型，形成完整裝配體；

對主機架及所述受力部件進行特征簡化及結構離散，形成有限元網格模型，并分別設置所述受力部件的材料屬性；

對主機架及所述受力部件間的連接關系進行簡化，模擬偏航制動器及偏航電機；

對所述有限元網格模型施加預定的極限工況載荷和邊界條件，形成完整的主機架強度分析有限元模型；

根據所述主機架強度分析有限元模型獲得主機架的應力應變狀態；

其中，所述受力部件包括主軸、主軸承、軸承座、塔筒、塔頂法蘭、齒輪箱支座、偏航制動盤、偏航制動器、偏航軸承。

在一個具體實施例中，對主機架及所述受力部件進行特征簡化及結構離散，包括：

主軸與主軸承建立綁定約束、主軸承與軸承座建立綁定約束、軸承座與主機架建立綁定約束、齒輪箱支座與主機架建立綁定約束、偏航軸承與主機架建立綁定約束、偏航制動器與主機架建立綁定約束。

在一個具體實施例中，對主機架及所述受力部件間的連接關系進行簡化，模擬偏航制動器的方法包括：