[发明专利]一种风力发电机组主机架强度有限元计算方法

说明书

本发明公开了一种风力发电机组主机架强度有限元计算方法，通过对载荷及结构受力形式的分析，确定传力路径上的受力部件，建立三维模型，形成完整装配体；对主机架及受力部件进行特征简化及结构离散，形成有限元网格模型，并分别设置主机架及受力部件的材料属性；对主机架及受力部件间的连接关系进行简化，模拟偏航制动器及偏航电机；对有限元网格模型施加预定的极限工况载荷和边界条件，形成完整的主机架强度分析有限元模型；根据主机架强度分析有限元模型获得主机架的应力应变状态；其中，受力部件包括主轴、主轴承、轴承座、塔筒、塔顶法兰、齿轮箱支座、偏航制动盘、偏航制动器、偏航轴承。本发明降低计算误差，获取了更加准确的计算结果。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种风力发电机组主机架强度有限元计算方法。

背景技术

近年来，随着国家能源结构的调整及风力发电技术的高速发展，单台机组的功率随之不断增大，相应的机组运行环境更加复杂，所受载荷逐步增大且更加复杂，机组的设计重量不断增加，各个部件在满足外载的同时也增加了自身重量对机组的影响，因此，目前结构的优化及材料利用率的提高是机组设计的重点与难点。主机架是风力发电机组的主要承力部件，支撑着风轮总成、齿轮箱、发电机、传动系统、偏航系统等主要部件。主机架的合理设计及可靠质量是保证风力发电机组正常运行的关键因素，然而主机架的结构设计是机组设计的难点，分析主机架的强度对主机架的设计及优化至关重要。随着有限元仿真技术的发展，目前主机架设计及优化过程基本均采用有限元分析方法，此方法不仅极大的缩短机组的研发周期，提高产品性能，且减少了设计成本。在采用有限元分析方法进行强度分析时，模型、连接形式及受力关系的简化，对准确计算部件应力应变分布，从而指导结构优化设计至关重要。

然而，由于主机架的受力复杂，连接部件较多，目前进行强度分析，较多细节简化不能真实反映结构的受力与传力形式，从而可能导致主机架强度计算结果与实际结构应力应变分布及状态有较大差异，计算结果误差较大，往往导致制造出来的产品材料利用率较低或不能达到预期要求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种风力发电机组主机架强度有限元计算方法，基于有限元分析理论及分析平台，从载荷传递及结构受力出发，完整的建立了主机架强度分析模型，在现有分析方法的基础之上，对偏航制动器及偏航电机的模拟，给出了一种更为合理的简化方式，从而获得主机架更为精确的应力应变分布。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种风力发电机组主机架强度有限元计算方法，包括：

通过对载荷及结构受力形式的分析，确定传力路径上的受力部件，建立三维模型，形成完整装配体；

对主机架及所述受力部件进行特征简化及结构离散，形成有限元网格模型，并分别设置所述受力部件的材料属性；

对主机架及所述受力部件间的连接关系进行简化，模拟偏航制动器及偏航电机；

对所述有限元网格模型施加预定的极限工况载荷和边界条件，形成完整的主机架强度分析有限元模型；

根据所述主机架强度分析有限元模型获得主机架的应力应变状态；

其中，所述受力部件包括主轴、主轴承、轴承座、塔筒、塔顶法兰、齿轮箱支座、偏航制动盘、偏航制动器、偏航轴承。

在一个具体实施例中，对主机架及所述受力部件进行特征简化及结构离散，包括：

主轴与主轴承建立绑定约束、主轴承与轴承座建立绑定约束、轴承座与主机架建立绑定约束、齿轮箱支座与主机架建立绑定约束、偏航轴承与主机架建立绑定约束、偏航制动器与主机架建立绑定约束。

在一个具体实施例中，对主机架及所述受力部件间的连接关系进行简化，模拟偏航制动器的方法包括：