[發明專利]一種風力發電機組后機架的強度評估方法及系統

在審

• 申請號: 201811003136.2
• 申請日: 2018-08-30
• 公開（公告）號: CN110874514A
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發明（設計）人: 呂杏梅;鐘杰;李洲;李秀珍;陸道輝;張述森;巫發明;祝洪波;楊柳;李慧新;蔣紅武
• 申請（專利權）人: 中車株洲電力機車研究所有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;F03D13/20
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 周長清;蔣維特

本發明公開了一種風力發電機組后機架的強度評估方法及系統，方法包括：S1.構建風力發電機組的有限元模型，所述有限元模型中，后機架和/或立柱采用殼單元模型；S2.在所述有限元模型中配置施加在所述后機架上載荷邊界，所述載荷邊界包括重力載荷和慣性載荷；S3.基于所述有限元模型，評估所述風力發電機組后機架的強度。具有可準確反映風力發電機組后機架的載荷情況，從而可以準確的對后機架的強度進行評估，評估結果可靠性高等優點。

技術領域

本發明涉及風力發電機組后機架評估技術領域，尤其涉及一種風力發電機組后機架的強度評估方法。

背景技術

后機架是風力發電機組的關鍵機械結構件之一，在風機運行的過程中要承受復雜交變的慣性載荷，因此必須要有足夠的強度和剛度，才能保證風機運行的平穩性和可靠性。由于后機架的結構較為復雜，工程算法對此復雜結構的計算精度較低，為了保證高的計算精度，目前在對后機架進行強度和剛度計算時，通常采用有限元法，此方法不僅縮短研發設計周期，提高產品可靠性，且可減少設計成本。但在采用有限元法進行后機架的強度分析時，分析模型邊界加載的正確與否，將直接決定了分析結果的準確性。目前針對后機架的計算也有相關的論文，但所發表的論文中雖然提到了后機架的計算方法，但是對后機架受力狀態及邊界描述不清晰，載荷邊界不合理，且均未考慮后機架的剛度設計評估方法及其對風機運行可靠性的影響。

發明內容

本發明要解決的技術問題就在于：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種可準確反映風力發電機組后機架的載荷情況，從而可以準確的對后機架的強度進行評估，評估結果可靠性高的風力發電機組后機架的強度評估方法及系統。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：一種風力發電機組后機架的強度評估方法，包括如下步驟：

S1.構建風力發電機組的有限元模型，所述有限元模型中，后機架和/或立柱采用殼單元模型；

S2.在所述有限元模型中配置施加在所述后機架上載荷邊界，所述載荷邊界包括重力載荷和慣性載荷；

S3.基于所述有限元模型，評估所述風力發電機組后機架的強度。

進一步地，步驟S1中，還包括為所述殼單元模型配置厚度、材料屬性特征；所述有限元模型中機艙罩、控制柜、散熱器、發電機采用質量單元模型。

進一步地，步驟S2中所述重力載荷包括由機艙罩、控制柜、散熱器、發電機的重力而產生的重力載荷；所述慣性載荷包括：機艙在塔頂坐標系下沿X坐標軸方向的加速度載荷，和/或機艙在塔頂坐標系下沿Y坐標軸方向的加速度載荷，和/或機艙在塔頂坐標系下繞X坐標軸的角加速度載荷，和/或機艙在塔頂坐標系下繞Y坐標軸的角加速度載荷，和/或機艙在塔頂坐標系下繞Z坐標軸的角加速度載荷。

進一步地，在所述步驟S2中，還包括對所述有限元模型中前機架的底部三個平動方向的自由度設置約束。

進一步地，在所述步驟S2中，還包括對所述有限元模型中前機架和后機架之間設置綁定約束。

進一步地，步驟S3中所述評估所述風力發電機組后機架的強度包括對后機架靜強度的評估：在所述重力載荷和所述慣性載荷的條件下，分析計算后機架的實際受力狀態，并確定后機架的范式等效應力，根據后機架材料的屈服強度來判斷所述后機架的靜強度是否滿足設計要求。

進一步地，步驟S3中所述評估所述風力發電機組后機架的強度包括對后機架母材的疲勞強度的評估：將后機架的載荷歷程轉化為應力歷程，并根據應力歷程計算母材的疲勞損傷值。

進一步地，步驟S3中所述評估所述風力發電機組后機架的強度包括對后機架剛度的評估：根據所述有限元模型，通過模態疊加法計算后機架的各階頻率，當后機架的局部模態頻率落于預設的第一頻率范圍時，判斷后機架需要加強；當后機架的整體模態頻率落于預設的第二頻率范圍時，判斷后機架需要進行系統優化。