[发明专利]一种风力发电机组传动链动态特性评估方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到风力发电机组领域，特指一种适用于风力发电机组的传动链动态特性评估方法。

背景技术

主传动系统是风力发电机组的重要组成部分，由风轮、轮毂、主轴、齿轮箱、联轴器、发电机组成。在风电发电机组设计阶段，目前主要利用BLADED软件根据风资源特点计算出风机各种工况下的疲劳、极限载荷，再在此基础上对主要零部件进行疲劳和结构强度校核。风机的性能是由零部件结构的性能和系统的动态性能组成的。尤其主传动系统的动态特性对传动系统、发电机部件上的瞬态载荷都有一定的影响，因此主传动系统的动态分析对风力发电机组总体动态性能起着至关重要的作用，也是分析整机动态及疲劳载荷的基础。

风力发电机组传动链动态特性的研究主要集中在齿轮传动系统，建立的多以数学仿真模型为主，研究的主要是齿轮传动动态响应分析、传动效率、动态误差、啮合误差、传动的优化、传动链支承方式的评价等；还有一些研究是把风机传动系统简化成几个质量块，如叶片、发电机，低速轴和高速轴采用刚性或柔性模型，分别建立各质量块的运动方程，然后根据边界条件进行求解和分析；其它的一些研究有考虑了空气动力学模型、发电机模型、低电压穿越、载荷特性、疲劳分析、故障诊断等等，而简化了传动系统模型。

对于齿轮传动系统的研究主要着力点为只是传动系统的一个大部件即齿轮箱，关注点集中在齿轮箱内部的齿轮，如啮合刚度、啮合误差、扭转变形、轴向变形、阻尼等，而齿轮箱以外的部件包括其附件都不涉及；质量块模型虽然是从系统的角度对风机传动系统进行研究，一是部分参数必须根据风机的实际情况进行等效处理，这势必会影响分析精度；二是研究的参数非常有限，只涉及到叶片、低速轴、高速轴、发电机的转动惯量、刚度、阻尼等参数；三是没有考虑大兆瓦级的柔性特点；四是无法对传动系统的单个部件进行分析和评价；其它的一些研究，传动系统只是作为一个简单的载体，重点是考虑与其他系统的耦合作用。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能全面反映风机主传动系统和部件特性、可对其动态性能进行精确评估的风力发电机组传动链动态特性评估方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种风力发电机组传动链动态特性评估方法，其步骤为：

（1）建立动力学分析模型；

（2）频域分析；

（2.1）根据风轮的工作范围转速计算出风轮的转频，根据齿轮箱内各级齿轮齿数、传动比分别计算啮合频率作为激励频率；

（2.2）在建立的动力学模型的轮毂中心分别施加切入、额定、切出三种状态的驱动扭矩，使模型运动最终达到平衡，再在平衡状态下做模态分析，得到风机传动链的特征频率；

（2.3）根据以上计算得到的激励频率和特征频率绘制坎贝尔图，来研究传动链是否存在潜在共振点；

（3）时域分析；对各潜在共振的零部件的角加速度的时域仿真结果转换到频域进行分析，再次确认潜在共振点的真实性。

作为本发明的进一步改进：还进行结果分析与总结：对频域分析找出的潜在共振点进行时域分析，如果时域分析能排除所有的共振点，那说明该款风机具有优良的传动链动力学特性；如果时域分析确认某一或某几个共振点确实可能引起风机的共振，首先可以进行试验验证，经过试验再次确认后，对风机的相关参数进行修改。

作为本发明的进一步改进：在步骤（3）中，通过快速傅里叶变换对各潜在共振的零部件的角加速度的时域仿真结果转换到频域进行分析，再次确认潜在共振点的真实性；时域分析选取的是额定工况，根据坎贝尔图中对应交点的激励频率提取对应零部件的幅值与频率的关系，若零件的在该激励频率附近有峰值产生，则再次说明零件在该激励频率下响应很大，可以确认其为危险共振点。

作为本发明的进一步改进：在所述步骤（1）中包括：

（1.1）叶片的柔性建模；