風機后機架極限強度和疲勞強度的計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風機后機架極限強度和疲勞強度的計算方法。屬于涉及風電機組后機架強度性能的計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)電機后機架是風電機組的重要部件之一，它要承受風電機組在運行過程中的各種復雜動態(tài)載荷，而且后機架的焊接結(jié)構(gòu)處容易發(fā)生損壞，因此，后機架的強度性能對于整個發(fā)電機組的安全性是非常重要的。
[0003]在關(guān)于風機后機架的安全性能的評價的現(xiàn)有技術(shù)中，一些常規(guī)的工程計算方法很難達到實際工程需要的精度。因此采用有限元分析法，通過建立有限元模型，計算出精確的結(jié)構(gòu)應力，并得到可靠的安全系數(shù)。但是，現(xiàn)有的有限元模型結(jié)構(gòu)較為簡單，建立的載荷傳遞路徑不完整，對一些細節(jié)的部件應力考慮不夠完善，導致計算結(jié)果不能反映結(jié)構(gòu)的真實情況，不能有效的應用在工程中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種風機后機架極限強度的計算方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)關(guān)于風機后機架的載荷傳遞路徑不完整，計算強度不準確的問題。同時，本發(fā)明還提供了一種風機后機架的疲勞強度的計算方法。
[0005]一種風機后機架極限強度的計算方法，包括如下步驟:
[0006]步驟(一)、利用有限元軟件，對風機后機架及其載荷傳遞路徑上的設(shè)備的幾何模型分別進行網(wǎng)格劃分和裝配，建立有限元模型，以實現(xiàn)載荷傳遞路徑完整且與實際相符，在該模型上施加不同的單位載荷工況，上述載荷傳遞路徑上的設(shè)備至少包括:輪轂、主機架、后機架、齒輪箱箱體、主軸軸承、偏航軸承、塔筒、彈性支承；
[0007]步驟(二)、建立后機架子模型，提取后機架整體模型中各單位工況下的邊界位移載荷，分別施加到后機架子模型；
[0008]步驟(三)、將后機架整體模型和后機架子模型提交給有限元分析軟件進行求解，分別提取各單位工況下的實體單元節(jié)點和殼單元應力，結(jié)合輪轂中心極限載荷譜和疲勞載荷譜，組合計算得到板材的極限強度和疲勞強度；
[0009]步驟(四)、通過板材的疲勞系數(shù)計算選擇焊縫的熱點，進行焊縫應力插值，得到焊趾應力，結(jié)合輪轂中心極限載荷譜，計算得到焊縫的極限強度。
[0010]進一步的，步驟(一)中所述載荷傳遞路徑上的設(shè)備還包括:主軸、剎車盤、剎車片、偏航齒輪箱、塔頂法蘭。
[0011]進一步的，步驟(一)所述的主軸軸承的內(nèi)圈和外圈、偏航軸承的內(nèi)圈和外圈通過LinklO單元來連接，關(guān)鍵字設(shè)置LinklO單元受壓不受拉。
[0012]進一步的，步驟(一)所述的彈性支承單元通過CombineH單元進行模擬，并且添加發(fā)電機質(zhì)量單元，CombineH單元通過Pipe單元和發(fā)電機質(zhì)量單元連接。
[0013]進一步的，步驟(一)所述的整體模型中的各個部件采用綁定關(guān)系，邊界約束條件設(shè)置為塔底全約束。
[0014]一種風機后機架疲勞強度的計算方法，包括如下步驟:
[0015]步驟(一)、利用有限元軟件，對風機后機架及其載荷傳遞路徑上的設(shè)備的幾何模型分別進行網(wǎng)格劃分和裝配，建立有限元模型，以實現(xiàn)載荷傳遞路徑完整且與實際相符，在該模型上施加不同的單位載荷工況，上述載荷傳遞路徑上的設(shè)備至少包括:輪轂、主機架、后機架、齒輪箱箱體、主軸軸承、偏航軸承、塔筒、彈性支承；
[0016]步驟(二)、建立后機架子模型，提取后機架整體模型中各單位工況下的邊界位移載荷，分別施加到后機架子模型；
[0017]步驟(三)、將后機架整體模型和后機架子模型提交給有限元分析軟件進行求解，分別提取各單位工況下的實體單元節(jié)點和殼單元應力，結(jié)合輪轂中心極限載荷譜和疲勞載荷譜，組合計算得到板材的極限強度和疲勞強度；
[0018]步驟(四)、通過板材的疲勞系數(shù)計算選擇焊縫的熱點，進行焊縫應力插值，得到焊趾應力，結(jié)合輪轂中心極限載荷譜，計算得到焊縫的疲勞強度。
[0019]進一步的，其特征在于，步驟(一)中所述載荷傳遞路徑上的設(shè)備還包括:主軸、剎車盤、剎車片、偏航齒輪箱、塔頂法蘭。
[0020]進一步的，步驟(一)所述的主軸軸承的內(nèi)圈和外圈、偏航軸承的內(nèi)圈和外圈通過LinklO單元來連接，關(guān)鍵字設(shè)置LinklO單元受壓不受拉。
[0021]進一步的，步驟(一)所述的彈性支承單元通過CombineH單元進行模擬，并且添加發(fā)電機質(zhì)量單元，CombineH單元通過Pipe單元和發(fā)電機質(zhì)量單元連接。
[0022]進一步的，步驟(一)所述的整體模型中的各個部件采用綁定關(guān)系，邊界約束條件設(shè)置為塔底全約束。
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0024]以往建立的風機后機架模型的結(jié)構(gòu)簡單，對于影響風機后機架的強度性能因素考慮不全面，僅考慮塔頂載荷施加在主機架，這樣做不僅容易引起應力集中，也不符合載荷的傳遞路徑。本發(fā)明建立了一個完整模型，輪轂中心載荷通過主軸承傳遞給齒輪箱，齒輪箱通過彈性支承傳遞給主機架和后機架，主機架通過螺栓傳遞給偏航軸承，再傳遞給塔筒，構(gòu)成了一個完整的載荷傳遞路徑。在此基礎(chǔ)上，建立后機架子模型，提取后機架整體模型中各單位工況下的邊界位移載荷，分別施加到后機架子模型，從而使計算更加準確，節(jié)省時間、節(jié)約成本。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明實施例所述后機架的計算方法的整體模型示意圖；
[0026]圖2是本發(fā)明實施例所述后機架的計算方法的后機架子模型示意圖；
[0027]圖3是本發(fā)明實施例所述后機架的計算方法的主軸承模型示意圖；
[0028]圖4是本發(fā)明實施例所述后機架的計算方法的偏航軸承模型示意圖；
[0029]圖5是本發(fā)明實施例所述后機架的計算方法的偏航齒輪箱模型示意圖；
[0030]圖中:1.輪轂、2.主機架、3.后機架、4.主軸、5.主軸軸承、6.彈性支撐、7.齒輪箱箱體、8.偏航軸承、9.剎車盤、10.剎車片、11.偏航齒輪箱、12.塔頂法蘭、13.塔筒、14.發(fā)電機質(zhì)量單元、15.發(fā)電機彈性支承Combine 14單元、16.Pipe單元。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖對發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0032]風機后機架極限強度計算方法實施例:
[0033]I)如圖1-5所示，在制圖軟件(如CAD軟件)上對風機的輪轂1、主機架2、后機架3、主軸4、主軸軸承5、彈性支撐6、齒輪箱箱體7、偏航軸承8、剎車盤9、剎車片10、偏航齒輪箱11、塔頂法蘭12、塔筒13建立幾何模型，利用有限元軟件對上述部分分別采用實體單元劃分網(wǎng)格，并進行裝配，建立有限元模型，該模型的載荷傳遞路徑完整且與實際相符。
[0034]其中，輪轂、主機架、齒輪箱箱體采用QT350，后機架、主軸、主軸軸承、偏航軸承、剎車盤、剎車片、偏航齒輪箱、塔頂法蘭、塔筒采用鋼，彈性支承采用各項異性材料。
[0035]2)主軸承的內(nèi)圈和外圈、偏航軸承的內(nèi)圈和外圈通過LinklO單元來傳遞，關(guān)鍵字設(shè)置LinklO單元受壓不受拉，LinklO單元的截面尺寸根據(jù)滾球的實際數(shù)量、模擬數(shù)量和滾球的實際直徑而定