[發(fā)明專利]一種基于功能年齡的風力發(fā)電機齒輪箱風險評估方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310356069.7
• 申請日: 2023-04-06
• 公開（公告）號: CN116362090A
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁定康;楊穎琪;韓肖清;李廷鈞
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F17/18;G06Q10/0635;G06Q50/06;G06F113/04;G06F119/14;G06F119/12;G06F111/08;G06F119/02;G06F119/04
• 代理公司: 太原科衛(wèi)專利事務(wù)所(普通合伙) 14100
• 代理人: 侯小幸

1.一種基于功能年齡的風力發(fā)電機齒輪箱風險評估方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1：建立齒輪箱的力學(xué)分析模型，計算磨損度，并利用其表征齒輪箱的功能年齡；

S2：構(gòu)建了以磨損和時間為變量的二維評估模型，分析齒輪箱在評估時間內(nèi)達到給定磨損的概率；

S3：在考慮評估時間分段的前提下，提出計及磨損的齒輪箱風險評估策略。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于功能年齡的風力發(fā)電機齒輪箱風險評估方法，其特征在于：步驟S1具體過程如下：

1)分析主軸扭矩：

根據(jù)入流風速v數(shù)值大小的不同，分為兩種情況計算主軸的輸入功率P_g：

式中，v_in為切入風速；v_out為切出風速；v_rate為額定風速；ω_g為主軸轉(zhuǎn)速；T_in為主軸扭矩；ρ為空氣密度；R為葉片半徑；C_p為風能利用系數(shù)；A＝0.5ρπR²C_p；

通過式(1)可求解不同風速下的主軸扭矩，當v_in≤v≤v_rate時，扭矩由式(2)計算；當v_rate≤v≤v_out時，扭矩由式(3)計算：

式中，T_rate為主軸的額定扭矩；ω_rate為主軸額定轉(zhuǎn)速；P_g-rate為主軸的額定輸入功率；

2)分析齒輪應(yīng)力：

①主軸扭矩T_in施加在一級輪系太陽輪上，扭矩逐級傳遞，從三級輪系的小斜齒輪輸出帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)的扭矩T_out；產(chǎn)生應(yīng)力的位置包括：太陽輪與行星輪之間、行星輪與內(nèi)齒圈之間、大斜齒輪和小斜齒輪之間；采用基于赫茲理論的應(yīng)力分析法進行分析；

根據(jù)赫茲接觸理論，進行齒輪嚙合受力分析時，齒輪等效為兩個圓柱體；齒輪的轉(zhuǎn)動，會產(chǎn)生一個與兩個圓柱體同時相切的圓周力F_t，用扭矩來表征；齒輪轉(zhuǎn)動過程中形成一個齒與齒接觸面BB’，將F_t分解為垂直于接觸面方向的法向力F_n；F_n計算公式如下：

式中，α為齒面與垂直方向的傾斜角，通過三角關(guān)系可推得，α也是F_t和F_n之間的夾角；T為齒輪的輸入扭矩；d為齒輪的直徑；

根據(jù)齒輪嚙合理論，利用法向力F_n求解齒輪應(yīng)力σ，其計算公式如下：

式中，b、τ、θ、E均是齒輪的參數(shù)；

②利用已知的應(yīng)力，評估每一次應(yīng)力作用時對齒輪接觸面造成的磨損，其包含兩個方面：單一應(yīng)力下的磨損評估和多個應(yīng)力下的累積磨損評估：

a.分析單一應(yīng)力下的磨損評估：基于S-N曲線理論，在已知應(yīng)力σ單獨作用下造成的磨損W由下式計算：

式中，β和C為材料常數(shù)，通過材料參數(shù)表查得；

b.多個應(yīng)力下的累積磨損評估：齒輪運行在多個應(yīng)力作用下，對每一個應(yīng)力產(chǎn)生的磨損W_i進行累加，齒輪箱磨損的累積計算公式如下所示：

式中，k表示共有k個應(yīng)力作用；W為k個應(yīng)力作用后累積的磨損量。