本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電，具體而言涉及一種滑動偏航風(fēng)電機(jī)組主機(jī)架建模計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的風(fēng)電機(jī)組偏航軸承多采用四點(diǎn)接觸球軸承，轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，能承受較高的靜載荷，隨著機(jī)艙重量及塔架頂端載荷增大，要求偏航軸承能承受更大的載荷?；瑒悠捷S承連接處采用自潤滑，機(jī)艙轉(zhuǎn)動靈活，同時軸承為面接觸形式，相對滾動軸承結(jié)構(gòu)簡單且承載能力更強(qiáng)，同時能保持一定的阻尼和抗振能力，同時靠夾持內(nèi)圈來實(shí)現(xiàn)鎖緊，省去了液壓及剎車裝置，大幅降低了成本。由于滑動偏航系統(tǒng)與采用滾動軸承的偏航系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上存在較大區(qū)別，已有的機(jī)組主傳動鏈有限元建模計(jì)算方法無法適用于滑動偏航機(jī)組。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實(shí)施方式部分中進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。

2、為了至少部分地解決上述問題，本發(fā)明提供了一種滑動偏航風(fēng)電機(jī)組主機(jī)架建模計(jì)算方法，包括：

3、根據(jù)與主機(jī)架受力相關(guān)的載荷傳遞路徑，得到用于滑動偏航風(fēng)電機(jī)組主機(jī)架建模計(jì)算的三維模型；

4、基于所述三維模型進(jìn)行有限元前處理，建立有限元模型；

5、施加載荷以及約束條件；

6、實(shí)施疲勞計(jì)算流程；

7、其中，所述三維模型包括主機(jī)架、軸承座、主軸承、主軸、塔筒和滑動偏航系統(tǒng)，所述滑動偏航系統(tǒng)包括偏航齒圈、制動器鉗體、摩擦片和偏航電機(jī)，塔筒頂部固定連接有塔頂法蘭，塔頂法蘭與偏航齒圈通過偏航螺栓連接。

8、進(jìn)一步地，所述基于所述三維模型進(jìn)行有限元前處理，包括確定所述三維模型各部件的材料屬性，包括材料類型、密度、彈性模量和泊松比。

9、進(jìn)一步地，所述基于所述三維模型進(jìn)行有限元前處理，包括對所述三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，具體為：

10、所述主機(jī)架、所述軸承座、所述主軸承的內(nèi)外圈、所述主軸、所述偏航齒圈、所述塔筒和所述塔頂法蘭采用二階四面體單元solid187進(jìn)行網(wǎng)格劃分；

11、所述制動器鉗體采用二階四面體或六面體單元solid186進(jìn)行網(wǎng)格劃分；

12、所述主軸承的滾動體采用受壓桿單元link180進(jìn)行網(wǎng)格劃分；

13、所述制動器鉗體的碟簧組采用非線性彈簧單元combin39進(jìn)行網(wǎng)格劃分；

14、偏航螺栓采用二階梁單元beam189進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

15、進(jìn)一步地，所述基于所述三維模型進(jìn)行有限元前處理，包括設(shè)置所述三維模型各部件之間的接觸關(guān)系，具體為：

16、所述主機(jī)架與所述軸承座之間、所述主軸承的外圈與所述軸承座之間、所述主軸與所述主軸承的內(nèi)圈之間、所述偏航電機(jī)與所述主機(jī)架之間、所述塔筒與塔頂法蘭之間、所述制動器鉗體與所述主機(jī)架之間設(shè)置為綁定接觸；所述摩擦片與所述偏航齒圈之間以及所述塔頂法蘭與所述偏航齒圈之間設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)接觸。

17、進(jìn)一步地，所述制動器鉗體包括上鉗體和下鉗體，所述下鉗體中安裝有導(dǎo)向柱、套置于所述導(dǎo)向柱外周面的碟簧組、位于所述碟簧組上方的支撐環(huán)和位于所述碟簧組下方的調(diào)節(jié)螺母；

18、其中，所述導(dǎo)向柱與所述調(diào)節(jié)螺母之間設(shè)置為綁定接觸，所述支撐環(huán)與所述下鉗體之間以及所述導(dǎo)向柱與所述支撐環(huán)之間設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)接觸。

19、進(jìn)一步地，所述碟簧組與所述支撐環(huán)之間以及所述碟簧組與所述調(diào)節(jié)螺母之間設(shè)置為帶預(yù)緊力的彈簧接觸，彈簧的一端與所述支撐環(huán)的下端面耦合，另一端與所述調(diào)節(jié)螺母耦合，并施加彈簧預(yù)緊力以保持初始的壓緊狀態(tài)。

20、進(jìn)一步地，使用link180單元建立的所述主軸承滾動體的剛度通過如下公式定義：

21、

22、其中，q為單個彈簧力，lwe為滾動體有效長度，δ為彈簧壓縮量，ns為模擬單個滾動體所使用的彈簧數(shù)量。

23、進(jìn)一步地，所述施加載荷以及約束條件，包括：

24、施加輪轂中心的極限載荷、重力載荷、偏航螺栓最大預(yù)緊力和制動器鉗體的碟簧組預(yù)緊力，約束塔筒底部端面，所述重力載荷包括機(jī)組齒輪箱和發(fā)電機(jī)的重力。

25、進(jìn)一步地，所述實(shí)施疲勞計(jì)算流程，包括：

26、針對多種載荷工況施加輪轂中心單位載荷，計(jì)算主機(jī)架的單位應(yīng)力；

27、計(jì)算主機(jī)架材料sn曲線；

28、生成應(yīng)力譜，通過雨流計(jì)數(shù)得到應(yīng)力幅值-平均應(yīng)力-循環(huán)次數(shù)的三維數(shù)組；

29、進(jìn)行平均應(yīng)力修正；

30、計(jì)算得到疲勞損傷和/或疲勞壽命。

31、本發(fā)明的滑動偏航風(fēng)電機(jī)組主機(jī)架建模計(jì)算方法充分考慮到機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過程中滑動偏航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對主機(jī)架受力的影響，形成與實(shí)際受力更相符的完整的載荷傳遞路徑。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建的有限元模型能更真實(shí)地模擬機(jī)組運(yùn)行的受力狀態(tài)，從而提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

技術(shù)特征：

1.一種滑動偏航風(fēng)電機(jī)組主機(jī)架建模計(jì)算方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動偏航風(fēng)電機(jī)組主機(jī)架建模計(jì)算方法，其特征在于，所述基于所述三維模型進(jìn)行有限元前處理，包括確定所述三維模型各部件的材料屬性，包括材料類型、密度、彈性模量和泊松比。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動偏航風(fēng)電機(jī)組主機(jī)架建模計(jì)算方法，其特征在于，所述基于所述三維模型進(jìn)行有限元前處理，包括對所述三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，具體為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動偏航風(fēng)電機(jī)組主機(jī)架建模計(jì)算方法，其特征在于，所述基于所述三維模型進(jìn)行有限元前處理，包括設(shè)置所述三維模型各部件之間的接觸關(guān)系，具體為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的滑動偏航風(fēng)電機(jī)組主機(jī)架建模計(jì)算方法，其特征在于，所述制動器鉗體包括上鉗體和下鉗體，所述下鉗體中安裝有導(dǎo)向柱、套置于所述導(dǎo)向柱外周面的碟簧組、位于所述碟簧組上方的支撐環(huán)和位于所述碟簧組下方的調(diào)節(jié)螺母；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的滑動偏航風(fēng)電機(jī)組主機(jī)架建模計(jì)算方法，其特征在于，所述碟簧組與所述支撐環(huán)之間以及所述碟簧組與所述調(diào)節(jié)螺母之間設(shè)置為帶預(yù)緊力的彈簧接觸，彈簧的一端與所述支撐環(huán)的下端面耦合，另一端與所述調(diào)節(jié)螺母耦合，并施加彈簧預(yù)緊力以保持初始的壓緊狀態(tài)。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的滑動偏航風(fēng)電機(jī)組主機(jī)架建模計(jì)算方法，其特征在于，使用link180單元建立的所述主軸承滾動體的剛度通過如下公式定義：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動偏航風(fēng)電機(jī)組主機(jī)架建模計(jì)算方法，其特征在于，所述施加載荷以及約束條件，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的滑動偏航風(fēng)電機(jī)組主機(jī)架建模計(jì)算方法，其特征在于，所述實(shí)施疲勞計(jì)算流程，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種滑動偏航風(fēng)電機(jī)組主機(jī)架建模計(jì)算方法，包括：根據(jù)與主機(jī)架受力相關(guān)的載荷傳遞路徑，得到用于滑動偏航風(fēng)電機(jī)組主機(jī)架建模計(jì)算的三維模型；基于三維模型進(jìn)行有限元前處理，建立有限元模型；施加載荷以及約束條件；實(shí)施疲勞計(jì)算流程；三維模型包括主機(jī)架、軸承座、主軸承、主軸、塔筒和滑動偏航系統(tǒng)，滑動偏航系統(tǒng)包括偏航齒圈、制動器鉗體、摩擦片和偏航電機(jī)，塔筒頂部固定連接有塔頂法蘭，塔頂法蘭與偏航齒圈通過偏航螺栓連接。本發(fā)明充分考慮到機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過程中滑動偏航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對主機(jī)架受力的影響，形成與實(shí)際受力更相符的完整的載荷傳遞路徑，從而更真實(shí)地模擬機(jī)組運(yùn)行的受力狀態(tài)，提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

技術(shù)研發(fā)人員：張靜,曹倩妮,苗向文
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華銳風(fēng)電科技（集團(tuán)）股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10