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        風力發電機組主機架的強度分析

        發布于:2016-02-26 20:47

              主機架是永磁直驅風力發電機組中最關鍵和承載最復雜的部件之一,其良好的設計、可靠的質量和優越點性能是保證風電機組正常穩定運行的關鍵因素,也是風力發電機組結構強度分析和設計的重點和難點。
              隨著計算機及計算技術的飛速發展,特別是適合于復雜結構的有限元分析技術日臻成熟和成功應用,極大改變傳統的結構設計與分析方法。運用MSC.MARC有限元分析軟件,針對某MW級永磁直驅風力發電機組主機架結構進行靜強度、模態、以及在極限工況下的疲勞壽命分析,研究將對國產化大型風力發電機組自主設計開發工作起到重要的理論探索和指導作用,從而為提高我國風力發電設備技術水平,降低風電發電成本,提高市場競爭能力,實現具有自主知識產權的國有化風力發電機組的產業化奠定堅實的基礎。
              永磁直驅風力發電機組的主機架具有較為復雜的三維幾何形態。其主要結構包括發電機定子、主機架、輔機架、偏航軸承、剎車盤、塔頂法蘭和塔筒,如圖所示。主機架所用的材料特性為屈服強220MPa,彈性模量E=1.69e5MPa,泊松比P=0.28,密度P=7.1e3kg/mm3。
              在MSC.Mentat2005r2中建立的MW級主機架的有限元模型,如圖所示。模型采用8節點六面體7號單元劃分,單元尺寸為30mm。主機架的結構比較復雜,重點關注主機架的整體靜強度,在不影響分析結果的前提下,對實體模型進行了適當的簡化處理,故不考慮主機架和發電機定子、主機架和偏航軸承內圈、偏航軸承外圈和剎車盤及塔頂法蘭之間的聯接螺栓,將各部件通過合并節點的方式粘合;非偏航狀態下,和主機架相連接的剎車器咬住剎車盤來實現剎車,因此將剎車器和剎車盤通過合并節點的方式設置為粘合,并將一些不影響整體分析的小圓角和小倒角進行了特性簡化。軸承中滾子只承受壓力,不承受拉力,在Marc的單元庫中的Gap單元的特性是軸向僅受壓不受拉,所以用Gap單元來模擬滾動體,保持內外圈之間力的傳遞,并不考慮滾珠的變形。
              在計算極限強度時,選取了4種設計情況:風力機停車或怠速運行、停車時突遇部件功能失效等、正常發電、正常發電時突遇電網失效,共16種工況。其中風力停機狀態下的工況有4種,正常發電狀態下的工況有12種。對應的局部安全系數,具體工況說明見GL規范。所計算得出的極限載荷,如表所示。風力發電機塔筒底部為固定端,故約束塔筒底部6個方向的自由度。


                                                                                          專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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