[發明專利]一種風機變槳軸承連接螺栓建模與強度校核方法

在審

• 申請號: 202010174479.6
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111444647A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 楊揚;何海建;蘇鳳宇;李永奎;董姝言;孟令銳
• 申請（專利權）人: 許昌許繼風電科技有限公司;許繼集團有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F113/06
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 陳超

本發明公開了一種風機變槳軸承連接螺栓建模與強度校核方法，利用三維繪圖軟件，構建變槳軸承與輪轂連接螺栓、變槳軸承與葉片連接螺栓及載荷傳遞路徑相關部件的三維幾何模型并得到裝配體，經有限元前處理軟件對該裝配體分別進行網格劃分和屬性定義，再建立有限元模型，以實現載荷傳遞路徑完整，其中上述載荷傳遞路徑相關部件至少包括：葉片葉根部分、葉片法蘭、變槳軸承內圈、變槳軸承外圈、變槳軸承滾球、輪轂、變槳電機、變槳軸承與輪轂連接螺栓、變槳軸承與葉片連接螺栓、螺栓墊片、風輪鎖緊盤及主軸假體部分。通過有限元模型實現了完整的載荷傳遞路徑，能夠準確計算風機變槳軸承與輪轂和葉片連接螺栓的強度性能，提高了風電機組運行的可靠性。

技術領域

本發明涉及風力發電領域材料技術領域，特別涉及一種風機變槳軸承連接螺栓建模與強度校核方法。

背景技術

隨著社會經濟的快速發展，人們對能源的需求也在迅猛增長。而風能作為一種清潔無污染的可再生能源，越來越受到人們的重視。由于國家政策的大力支持，近幾年風電機組的國產化程度逐漸提高。風電機組功率的逐漸增大使得機組內部結構件也越來越大，結構件的強度性能也愈發重要，尤其是機組中使用數量巨大的連接螺栓，其強度性能關系著整個風電機組的安全性與可靠性。變槳軸承連接螺栓作為風電機組最重要的連接螺栓之一，起著連接輪轂、變槳軸承與葉片等部件的作用。當外部風速超出機組的額定風速時，變槳電機通過變槳軸承將與其螺栓連接的葉片進行變槳，以此來保障葉片乃至整個機組的安全性。因此，變槳軸承連接螺栓的強度性能對整個風機的安全運行起到非常關鍵的作用。

變槳軸承連接螺栓在風機運行中承受著復雜的動態載荷，且由于變槳軸承的非線性影響，采用常規的工程算法計算該連接螺栓強度性能時，計算精度難以滿足工程需要，因此通常采用有限元分析法，通過建立更接近于實際的有限元模型，精確評估螺栓的強度性能。但目前利用有限元分析法建立的螺栓計算模型相對簡單，難以完整的模擬載荷的傳遞，從而使得螺栓計算模型的剛度與實際模型的剛度差異較大。在現有的變槳軸承連接螺栓強度性能分析技術中，如申請公布號為CN201510473474.2，申請公布日為2015年12月16日的發明專利申請公開了一種風機變槳軸承與輪轂和葉片連接螺栓強度性能的校核方法，該方法采用有限元軟件建立1/3周期模型，對變槳軸承連接螺栓進行了實體單元建模與強度分析。但該專利文件中計算模型不完整，對變槳軸承的非線性及螺栓的受力分析考慮的不夠全面，對螺栓強度性能的校核不夠準確，不符合實際工作情況。

發明內容

本發明實施例的目的是提供一種風機變槳軸承連接螺栓有限元建模與強度校核方法，用于解決現有技術中關于風機變槳軸承與輪轂連接螺栓、風機變槳軸承與葉片連接螺栓載荷傳遞路徑不完整，變槳軸承的非線性與螺栓的受力分析考慮不周全，導致所述連接螺栓強度性能校核不準確的問題。

為解決上述技術問題，本發明第一方面提供了一種風機變槳軸承連接螺栓建模方法，包括如下步驟：

利用三維繪圖軟件，對所述變槳軸承與輪轂連接螺栓、變槳軸承與葉片連接螺栓及其載荷傳遞路徑相關部件進行三維幾何建模與模型裝配，得到三維幾何模型，其中，所述載荷傳遞路徑相關部件包括：葉片葉根部分、葉片法蘭、變槳軸承內圈、變槳軸承外圈、變槳軸承滾球、輪轂、變槳電機、變槳軸承與輪轂連接螺栓、變槳軸承與葉片連接螺栓、螺栓墊片、風輪鎖緊盤及主軸假體部分；

利用有限元前處理軟件對所述三維幾何模型進行網格劃分，得到網格模型，定義所述載荷傳遞路徑相關部件的單元、材料、實常數、橫截面等屬性，將所述網格模型導入有限元分析軟件，按照相鄰部件之間的實際接觸關系定義相關接觸對，建立有限元模型。

進一步地，所述利用有限元前處理軟件對所述三維幾何模型進行網格劃分，包括：

所述葉片葉根部分、所述葉片法蘭、所述變槳軸承內圈、所述變槳軸承外圈、所述風輪鎖緊盤、所述主軸假體部分與所述螺栓墊片均采用規則的八節點六面體單元solid185進行網格劃分；和/或