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强度分析应用于大型直驱型风力发电机组

发布于:2016-05-02 17:10
强度分析

      风力发电机组的轮毂是整个机组重要的受力部件,它主要与叶片和主轴相连,其作用是将风轮的转矩通过主轴传递给齿轮箱,所有由叶片产生并传递的力,都要通过轮毂和主轴传递到传动系统,再传到需要被驱动的设备上。随着现代风电机组的大型化趋势,轮毂的外形和质量也是越来越大,这就要求其需要有足够的强度和刚度以及需要有良好的减震吸震性能,减缓叶片对主轴的载荷冲击。所以风力发电机组轮毂设计的好坏将对整个机组的稳定运行产生重要影响,因此有必要对风力发电机组的轮毂进行强度分析,得到轮毂各个部位的应力分布情况,为轮毂优化和改进设计提供有效的依据。
      风力发电机组轮毂的受力状况复杂,分析难度大,在传统的设计中,机构的尺寸一般使用类比方法或由检验确定,然后对其选用的材料或弹性力学的公式需要进行核算,会产生很大的计算误差和冗余强度,如果采用有限元分析法对轮毂进行强度分析,不仅可以缩短计算时间,更能够提高设计计算的准确性,还可以对轮毂进行疲劳和优设计,最终提高轮毂的设计水平,设计出符合实际需要的风力发电机组的轮毂。
      风力发电机组轮毂有较为复杂的三维形状,其制造一般采用铸造法,并采用球墨铸铁作为材料。轮毂主体为球形,对称分布3个联结变桨轴承的法兰盘和3个安装电转子的法兰盘,每个变桨轴承法兰盘上设置一个变桨电机安装孔,孔上安装变桨电机,变桨电机外齿轮与变桨轴承内齿圈相啮合。非变桨情况下,叶片通过自锁机构处于固定非变桨状态,变桨情况下,变桨电机启动,变桨小齿轮带动变桨轴承内齿圈转动,叶片通过螺栓连接于变桨轴承内圈上,随着内圈的转动而实现叶片的变桨。
      在Solidworks中建立轮毂几何模型及所采用的轮毂坐标系,如图所示。轮毂上叶片所产生的气动载荷,另外还有由于自身旋转和机舱对风转动引起的离心力、惯性力和重力通过3片叶片传递给轴承并最终通过螺栓传递到轮毂上,叶根处的面外弯曲力矩和风轮的重力会引起主轴的悬臂弯曲力矩,它的反作用力矩是影响轮毂疲劳设计的重要因素之一,这些载荷和轮毂自身的重力构成了轮毂载荷。由于风力发电机组轮毂的结构形状复杂,当轮毂在承受叶片传递的各种静载荷和交变载荷时,在轮毂的法兰盘处就会很容易引起较大的应力集中。因此轮毂设计的好坏将直接影响到整个风力发电机的正常运行和使用寿命,有必要对轮毂进行受力分析以确定轮毂各个部位相对真实的应力分布,为轮毂的优化设计提供依据。


                                                                                  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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