[发明专利]一种风力发电机组主轴强度计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组主轴强度计算方法。

背景技术

众所周知，目前主流水平轴风力发电机组采用单轴承支撑的双馈型风力发电机组，其主要传动结构为在主轴的前端安装有风轮，后端与齿轮箱连接，而中间通过轴承固定。其中风轮的旋转扭矩通过主轴传递给齿轮箱，再经过齿轮箱升速后传递给发电机发电；其中主轴在风力发电机组中不仅传递风轮的扭矩，而且还要承担风轮的重量及其它载荷。由此可见，主轴是风力发电机组的核心传动部件，它的性能影响到轴上各个零件的配合传动和运转，从而影响整个机构的工作情况，特别是高载荷运转下，主轴的强度显得更加重要；因此，为了避免主轴工作状态的不稳定和不安全因素，往往需要对主轴进行强度计算，一般都是用材料力学、理论力学和弹性力学所提供的公式来算进行分析计算，而其中有许多简化条件使计算精度很低。为了确保主轴的安全可靠运行，常采用加大安全系数的方法，但其结果是结构尺寸加大、浪费材料、有时还会造成结构性能的降低。现有的有限元分析软件可用于覆盖结构、温度、流体、电磁场和多物理场耦合等研究领域，具备结构分析功能，功能包括结构、温度、强度、流体及流固耦合的分析。

发明内容

针对以上缺陷，本发明的目的是提供一种风力发电机组主轴强度计算方法，从而有利于能够更加精准计算主轴的强度性能，且可同时计算多个工况，扩大适用范围。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种风力发电机组主轴强度计算方法，通过现有的有限元软件为平台实施建模，最后定义各个部件材料属性，进行计算，得出变形及应力云图，建模过程中主要包括以下步骤：

(1)首先，将主轴、轴承和锁紧盘用实体单元模拟设置合并为一体结构，进行实体建模，风轮部分模拟设置一个风轮节点并且其位置为风轮的中心点；

(2)其次，锁紧盘外部设置四个齿轮箱弹性支承并且每个齿轮箱弹性支撑由弹簧单元组模拟，风轮节点与主轴的各个法兰螺栓孔通过刚性梁单元Ⅰ连接，锁紧盘与弹簧单元组采用刚性梁单元Ⅱ连接；

(3)于风轮节点施加外部载荷，对弹簧单元组施加全部约束，对轴承施加位置约束并且其约束方式为轴承中心位置处的主节点。

每个弹簧单元组由X向弹簧单元、Y向弹簧单元和Z向弹簧单元组成，且该三个弹簧单元两两互相垂直，所述弹簧单元组施加全部约束的具体方式是在X向弹簧单元、Y向弹簧单元和Z向弹簧单元的端点施加全约束。

所述轴承由轴承外圈和轴承内圈组成且此二者采用若干单向受力梁单元连接，轴承中心位置处设有主节点和同一位置处的从节点并且此二节点之间建立铰接约束，所述从节点与轴承外圈通过刚性梁单元Ⅲ连接。

本发明所述的风力发电机组主轴强度计算方法的有益效果为：所执行步骤首先通过在有限元软件中进行建模，将主轴、轴承和锁紧盘采用实体单元模拟，其余模拟项还包括风轮节点模拟、弹簧单元组模拟；此外，还包括在风轮节点施加外部载荷，对弹簧单元组施加全部约束，对轴承施加位置约束；最后定义各个部件材料属性，计算得出变形及应力云图；从而有利于精准的计算主轴的强度性能，且可同时计算多个工况，有利于节省时间、节约成本，非常适于大范围推广。

附图说明

下面根据实施例和附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例所述风力发电机组主轴强度计算方法的计算模型示意图；

图2是本发明实施例所述风力发电机组主轴强度计算方法的轴承部分计算模型示意图。

图中：

1、风轮节点；2、刚性梁单元Ⅰ；3、主轴；4、轴承；5、锁紧盘；6、刚性梁单元Ⅱ；7、弹簧单元组；

70、X向弹簧单元；71、Y向弹簧单元；72、Z向弹簧单元；

40、轴承外圈；41、轴承内圈；42、主节点；43、从节点；44、刚性梁单元Ⅲ；45、单向受力梁单元。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的风力发电机组主轴强度计算方法，其步骤主要包括：

(1)以现有的有限元软件为平台，实施建模，首先将主轴3、轴承4和锁紧盘5用实体单元模拟设置合并为一体结构，可采取节点合并的方式来合并实体，将轴承4和锁紧盘5进行实体建模，能有效减小接触位置的应力集中问题；风轮部分模拟设置一个风轮节点1并且其位置为风轮的中心点；

(2)其次，锁紧盘5外部设置四个齿轮箱弹性支承并且每个齿轮箱弹性支撑由弹簧单元组7模拟，风轮节点1与主轴3的各个法兰螺栓孔通过刚性梁单元Ⅰ2连接，锁紧盘5与弹簧单元组7采用刚性梁单元Ⅱ6连接；