[发明专利]一种风电发电机弹性支撑的选型方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到风电设备领域，特指一种适用于风电设备中风电发电机弹性支撑的选型方法。

背景技术

风力发电机组中的发电机是把机械能转换为电能的关键部件，必须保证其在工作状态下运行平稳且无共振存在。发电机由于设计和结构方面的原因，转子都有一个质量偏心，在旋转运动过程中，由于质量偏心所产生的离心力的作用而产生振动。发电机的输入轴通过联轴器与齿轮箱高速输出轴相连，从而使发电机所获得的是一个高频激励载荷。如果发电机在运行过程中把高频振动传递给机架，将大大影响机架的疲劳强度及寿命。发电机弹性支撑的一个重要作用就是减弱从发电机传递到机架的高频振动。

目前，风力发电机组主要零部件的设计寿命一般为20年，国内风力发电机弹性支撑的制造厂商不多，主要关注的也是满足整机厂商提供的参数要求，对于减振效果的检测及评估大多缺乏必备的设备和检测手段。此外，国内主要整机厂商在原来技术引进的基础上进行了大量的国产化和降本减重工作，导致其系统参数可能发生了很大的改变，而对于发电机弹性支撑的刚度和阻尼参数要求可能还沿用原来的参数，导致零部件与系统不配套，稳定性和减振不满足整机要求，引起较大的振动甚至对系统造成破坏。

风力发电机组的发电机振动必须满足ISO 10816和VDI 3834的要求，而弹性支撑的选型是否正确直接影响其减振降噪效果。风电行业目前对发电机弹性支撑选型阶段所做的主要工作是计算发电机系统在工作转速范围内是否存在共振，没有对其减振降噪效果进行分析、计算和评估，也没有对其他典型频率如电网的一倍频和二倍频等频率下是否存在共振进行分析和计算。

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，本发明提供一种原理简单、易操作、效果好的风电发电机弹性支撑的选型方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种风电发电机弹性支撑的选型方法，其步骤为：

S1：弹性支撑的稳定性计算，求出满足要求的刚度参数Kz₁；

S2：工作转速区间内的共振计算，求出满足避开共振区要求的刚度最大值Kz₂；

S3：弹性支撑和发电机整体的减振效果仿真计算；找出满足要求的弹性支撑刚度最大值Kz₃、Ky₃、Kx₃；

S4：选择发电机弹性支撑刚度参数，确定弹性支撑型号。

作为本发明的进一步改进：所述步骤S1的流程为：

计算极限应变ε_e：

计算极限应变ε_f：

m表示发电机弹性支撑所支撑的等效质量；T_max、T_r分别表示作用于弹性支撑的极限扭矩和额定扭矩，疲劳载荷的变化范围按额定扭矩±50％变化范围计算；l表示发电机弹性支撑在水平方向上的跨距；n表示弹性支撑数量；K₁₁、K₁₂分别表示满足极限和疲劳要求的刚度值；

由上述两式分别计算出满足要求的最小值K₁₁和K₁₂，选K₁₁和K₁₂中较大的值作为满足弹性支撑稳定性要求的刚度最小值Kz₁。

作为本发明的进一步改进：根据发电机的载荷特点与激励方式，振动方向主要为沿Z轴的直线振动与绕X轴的绕角振动，所述步骤S2的流程为：

沿Z轴的直线振动：

绕X轴的绕角振动：

式中，k_z、k_y分别表示弹性支撑Z和Y方向上的刚度，m为弹性支撑所支撑的等效质量，a_i为弹性支撑在X方向上离发电机重质心位置的距离，b_i为弹性支撑在Y方向上离发电机重心位置的距离，h为弹性支撑离发电机重心位置的垂向高度，Ix为发电机绕X轴的转动惯量，Iy为发电机绕Y轴的转动惯量；

评估方法：

f_m为激励频率、f_n为固有频率，当Z＝0.8～1.2时，系统处于共振区，当时系统处于过渡区，当时系统处于隔振区；根据上述三个公式求出满足的弹性支撑垂向刚度最大值Kz₂和Ky₂。

作为本发明的进一步改进：所述步骤S3的流程为：