[发明专利]一种风力发电机组主轴座强度计算方法

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座强度计算方法。

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。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；主轴承座承把主轴的径向力和轴向力传递给主机架。由此可见，主轴座是风力发电机组的核心承力部件，主轴座的强度显得更加重要；因此，为了避免主轴座工作状态的不稳定和不安全因素，往往需要对主轴座进行强度计算，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。为了确保主轴座的安全可靠，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座强度计算方法，从而有利于能够更加精准计算主轴座的强度性能，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座强度计算方法，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，将轮毂中心的载荷通过坐标变换等效到轴承座处载荷；

(2)其次，轴承座处径载荷采用SIN分布作用在轴承内圈上。轴上载荷平均分布在轴承内圈上；

单位径向载荷采用SIN分布每15度加载一次，得到24种计算工况，加上轴上载荷一共25种工况。

(3)轴承座和轴承通过共用节点实现一体化；

轴承座与主机架的通过螺栓连接：螺栓头采用SOLID187单元，螺栓杆采用BEAM188单元，螺栓与主机架连接采用SHELL93单元模拟，螺栓与轴承座的连接采用接触单元模拟。

本发明所述的风力发电机组主轴座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，将主轴承和主机架采用实体单元模拟，螺栓采用梁单元模拟；此外，还包括在轴承座内圈节点施加径向和轴向载荷，对主机架和偏航轴承拉触面施加全部约束；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座的强度性能，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座强度计算方法的计算模型；

图2是本发明实施例所述风力发电机组主轴座强度计算方法的细节模型。

图3载荷坐标变换计算公式。

图中：

1、主轴承座；2、主轴承；3、主机架；4、螺栓；

5、螺栓头；6、螺栓杆；7、prets179；8、轴承内圈；9、主机架和偏航轴承接触面；

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座强度计算方法，其步骤主要包括：

(1)以现有的有限元软件为平台，实施建模，首先将将轮毂中心的载荷通过坐标变换等效到轴承座处载荷；

(2)其次，轴承座处径载荷采用SIN分布作用在轴承内圈8上。轴上载荷平均分布在轴承内圈8上；轴承座1和轴承2通过共用节点实现一体化；

(3)轴承座1与主机架3的通过螺栓4连接：螺栓5头采用SOLID187单元，螺栓杆6采用BEAM188单元，螺栓与主机架连接采用SHELL93单元模拟，螺栓与轴承座的连接采用接触单元模拟。

(4)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。

如图3所示，本发明所述的风力发电机组主轴座强度所采用的载荷坐标转换计算方法。轮毂中心载荷通过坐标变换得到径向的力和它的方向。根据径向力和方向，结合25个工况算出的单位载荷进行合成，得到轮毂中心多个载荷工况的应力及其云图。

另外，主机架施加位置约束的具体方式为：主机架和偏航轴承拉触面施加全部约束。