[发明专利]一种风力发电机组轮毂与变桨轴承连接螺栓计算方法

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轮毂与变桨轴承连接螺栓计算方法。

背景技术

叶片与轮毂的连接是通过螺栓来实现的，螺栓不能要承受预紧力的作用，还要承受来自己叶片的载荷，这对轮毂与变桨轴承连接螺栓提出了很高的要求。为了满足强度要求，一般都是用标准提供的经验公式进行分析计算，而其中有许多简化条件使计算精度很低。为了确保叶片与轮毂的连接螺栓的安全可靠运行，常采用加大安全系数的方法。因为对叶片与轮毂的连接螺栓进行精确的优化设计和精确的强度分析尤为重要。采用联合分析的方法，利用UG软件和ANSYS有限元分析软件对风力发电机叶片与轮毂的连接螺栓进行了强度计算和受力分析。通过UG软件作出叶片与轮毂的连接螺栓的模型图，根据作图的方法和步骤对模型图进行了参数化设计。并将UG模型图转化成格式再导入ANSYS分析软件中进行有限元分析。分析结果表明：该方法能够比较准确地反映轮毂受力和变形情况，与理论估算相比具有计算精确、轮毂结构布局合理、重量轻、修改方便等优点。

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轮毂与变桨轴承连接螺栓计算方法，从而有利于能够更加精准计算叶片与轮毂的连接螺栓的强度性能，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：

一种风力发电机组轮毂与变桨轴承连接螺栓计算方法，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，得出载荷和螺栓应力的曲线关系图，然后再结合螺栓标准算出应力和疲劳寿命，建模过程中主要包括以下步骤：

(1）首先，将取出三分之一轮毂模型；根据图纸建立好变桨轴承内外圈；叶片部份

(2)其次，把变浆轴承的内圈和叶片组成一个整体，实现一体化；轴承内外圈通过球接触单元来实现力的传递

(3)轮毂与变桨轴承、螺栓与变桨轴承建立面与面接触关系，实现传力。

(4)轮毂采用实体单元SOLID187；叶片和变桨轴承采用无中间节点的实体单元SOLID185，螺栓杆采用梁单元模拟，螺栓头采用SHELL单元模拟。螺栓与轮毂采用共节点来实现螺纹连接。

(5)叶片根部心载荷加到叶片根部中心，中心建立节点，节点通过MPC单元与叶片建立刚度连接。

本发明所述的风力发电机组轮毂与变桨轴承连接螺栓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，将轮毂、叶片和变桨轴承采用实体单元模拟；此外，还包括在叶片根部中心节点施加载荷，对轮毂与主轴连接面施加全部约束；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轮毂与变桨轴承连接螺栓的强度性能，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轮毂与变桨轴承连接螺栓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轮毂与变桨轴承连接螺栓计算方法的细节模型。

图中：

1、轮毂；2、变桨承内圈；3、变桨承外圈；4、叶片；

5、球接触单元；6、螺栓；

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的风力发电机组轮毂与变桨轴承连接螺栓计算方法，其步骤主要包括：

(1)以现有的有限元软件为平台，实施建模，首先将将取出三分之一轮毂模型1；根据图纸建立好变桨轴承内外圈2和3；叶片4部份；

(2)其次，把变浆轴承的内圈2和叶片4组成一个整体，实现一体化；轴承内圈2与外圈3通过接触单元来实现力的传递；

(3)轮毂1与变桨轴承2、螺栓6与变桨轴承2建立面与面接触关系，实现传力

(4)轮毂1采用实体单元SOLID187；叶片4和变桨轴承采用无中间节点的实体单元SOLID185，螺栓杆采用当梁单元模拟，螺栓头采用SHELL单元模拟。螺栓6与轮毂1采用共节点来实现螺纹连接。叶片根部心载荷加到叶片根部中心，中心建立节点，节点通过MPC单元与叶片建立刚度连接。

对有限元模型施加弯矩，得到外力和螺栓应力的一个关系图，结合马尔可夫矩阵，算出螺栓的疲劳寿命。

另外，施加位置约束的具体方式为：轮毂与主轴连接面施加全部约束。