[发明专利]一种风电齿轮箱弹性支撑的选型方法有效

专利信息
申请号: 201510041070.6 申请日: 2015-01-27
公开(公告)号: CN104657543B 公开(公告)日: 2018-04-13
发明(设计)人: 赵萍;杨军;李晓光;梁裕国;谭湘;王永胜;杨柳;宋力兵;刘超;盛科;杨佳元;王磊 申请(专利权)人: 南车株洲电力机车研究所有限公司
主分类号: G06F17/50 分类号: G06F17/50
代理公司: 湖南兆弘专利事务所(普通合伙)43008 代理人: 赵洪,周长清
地址: 412001 湖*** 国省代码: 湖南;43
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摘要:
搜索关键词: 一种 齿轮箱 弹性 支撑 选型 方法
【说明书】:

技术领域

发明主要涉及到风电设备领域,特指一种适用于风电齿轮箱中弹性支撑的选型方法。

背景技术

在风电设备中,齿轮箱弹性支撑是用来支承产生振源的齿轮箱,使其振动不传递到底座。齿轮箱弹性支撑在风力发电机组中起到了减振降噪的作用,此外弹性支撑还要在支承齿轮箱的重量同时兼具齿轮箱在外力作用保持相对位置的功能。因此,弹性支撑的设计必须考虑其刚度、阻尼系数、固有频率等因素。

目前,风电行业对于弹性支撑的选型主要包括以下工作:一、满足弹性支撑与整机装配的机械接口要求;二、进行主要承载方向在极限载荷和疲劳载荷下的变形和疲劳寿命计算;三、考虑风机的实际工作环境,对第二条的相关参数进行试验验证。而弹性支撑对风力发电整机传动链的动力学特性的影响和减振效果缺乏有效的评估方法和手段。

在风力发电机组的设计过程中,很重要的一步为计算传动链的固有频率,通过坎贝尔图中叶片的6倍转频和风机传动链的固有频率是否有交点来判断风机是否存在传动链共振,如有交点应通过参数的调整避开。经验表明,齿轮箱弹性支撑的刚度和阻尼系数对风机传动链的固有频率有着重要的影响。

另外,风力发电机组的齿轮箱振动必须满足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。风电行业目前只有齿轮箱型式试验才能对其振动进行测量和评估,而在设计阶段无法对其减振降噪效果进行分析、计算和评估。

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、操作性强、效果好的风电齿轮箱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:

一种风电齿轮箱弹性支撑的选型方法,其步骤为:

S1:根据风机的载荷特性,计算出满足变形、承载和疲劳寿命要求的弹性支撑刚度最小值K1

S2:建立风机传动链动力学分析简化模型;

S3:求解风机传动链的固有频率,得到使风机传动链的固有频率避开叶片的6倍转频的弹性支撑最小刚度K2

S4:进行弹性支撑减振效果的模拟计算,求出满足齿轮箱减振降噪要求的弹性支撑刚度最小值K3

S5:选择齿轮箱弹性支撑刚度参数,确定弹性支撑型号。

作为本发明的进一步改进:所述步骤S2中的风机传动链动力学分析简化模型为包括风机叶片、轮毂、主轴、主轴承、齿轮箱、弹性支撑、联轴器和发电机的多体动力学模型。

作为本发明的进一步改进:所述多体动力学模型中,轮毂、主轴、联轴器、发电机转子和定子均用刚体表示,只输入质量属性;所述主轴承考虑旋转方向的六个自由度,齿轮箱只考虑输入轴、输出轴和箱体,输入输出关系通过增速比和齿轮箱扭转刚度参数描述;联轴器分成三个或四个体考虑,体与体之间的连接只考虑扭转方向的刚度和阻尼;弹性支承按照弹簧阻尼力元来处理。

作为本发明的进一步改进:所述步骤S1的过程为:

依据风力发电机组的设计参数、传动链布局特点和弹性支撑的布局特点,得到弹性支撑的等效疲劳载荷和极限载荷;并根据弹性支撑的弹性变形和名义应变的设计要求,求出满足要求的弹性支撑刚度最小值K1

作为本发明的进一步改进:所述步骤S3的具体流程为:

S301:动平衡计算;在建立的风机传动链动力学分析简化模型基础上,在轮毂中心施加额定下状态的驱动扭矩,进行动平衡计算;动平衡计算是模型在驱动扭矩作用下,首先经历加速运动的过程,然后慢慢达到匀速运动,从发电机转子的旋转速度来判断;

S302:模态计算;在动平衡计算完成后,再对模型进行模态计算;根据模型的振动特点,选出风机传动链的第一阶固有频率;

如果风机传动链的第一阶固有频率小于叶片的6倍转频,则增加弹性支撑刚度,通过反复计算得到风机传动链的第一阶固有频率大于叶片的6倍转频所需的齿轮箱弹性支撑刚度最小值K2

如果风机传动链的第一阶固有频率高于叶片的6倍转频,则适当减小弹性支撑刚度,通过反复计算得到风机传动链的第一阶固有频率约等于叶片的6倍转频所需的齿轮箱弹性支撑刚度最小值K2

如果风机传动链的第一阶固有频率等于叶片的6倍转频,则此时的齿轮箱弹性支撑刚度对应其最小值K2

作为本发明的进一步改进:所述步骤S4的具体流程为:

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