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风力发电机组主机架的强度分析

发布于:2016-02-26 20:47

      主机架是永磁直驱风力发电机组中最关键和承载最复杂的部件之一,其良好的设计、可靠的质量和优越点性能是保证风电机组正常稳定运行的关键因素,也是风力发电机组结构强度分析和设计的重点和难点。
      随着计算机及计算技术的飞速发展,特别是适合于复杂结构的有限元分析技术日臻成熟和成功应用,极大改变传统的结构设计与分析方法。运用MSC.MARC有限元分析App,针对某MW级永磁直驱风力发电机组主机架结构进行静强度、模态、以及在极限工况下的疲劳寿命分析,研究将对国产化大型风力发电机组自主设计开发工作起到重要的理论探索和引导作用,从而为提高我国风力发电设备技术水平,降低风电发电成本,提高市场竞争能力,实现具有自主常识产权的国有化风力发电机组的产业化奠定坚实的基础。
      永磁直驱风力发电机组的主机架具有较为复杂的三维几何形态。其主要结构包括发电机定子、主机架、辅机架、偏航轴承、刹车盘、塔顶法兰和塔筒,如图所示。主机架所用的材料特性为屈服强220MPa,弹性模量E=1.69e5MPa,泊松比P=0.28,密度P=7.1e3kg/mm3。
      在MSC.Mentat2005r2中建立的MW级主机架的有限元模型,如图所示。模型采用8节点六面体7号单元划分,单元尺寸为30mm。主机架的结构比较复杂,重点关注主机架的整体静强度,在不影响分析结果的前提下,对实体模型进行了适当的简化处理,故不考虑主机架和发电机定子、主机架和偏航轴承内圈、偏航轴承外圈和刹车盘及塔顶法兰之间的联接螺栓,将各部件通过合并节点的方式粘合;非偏航状态下,和主机架相连接的刹车器咬住刹车盘来实现刹车,因此将刹车器和刹车盘通过合并节点的方式设置为粘合,并将一些不影响整体分析的小圆角和小倒角进行了特性简化。轴承中滚子只承受压力,不承受拉力,在Marc的单元库中的Gap单元的特性是轴向仅受压不受拉,所以用Gap单元来模拟滚动体,保持内外圈之间力的传递,并不考虑滚珠的变形。
      在计算极限强度时,选取了4种设计情况:风力机停车或怠速运行、停车时突遇部件功能失效等、正常发电、正常发电时突遇电网失效,共16种工况。其中风力停机状态下的工况有4种,正常发电状态下的工况有12种。对应的局部安全系数,具体工况说明见GL规范。所计算得出的极限载荷,如表所示。风力发电机塔筒底部为固定端,故约束塔筒底部6个方向的自由度。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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