[发明专利]一种风力发电机组主机架强度计算方法

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机架强度计算方法。

背景技术

主机架是风力发电机组中关键部件，承担抵抗来自己叶轮中心的载荷作用，把载荷传递给塔架，这对主机架强度提出了很高的要求。为了满足强度要求，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。为了确保主机架的安全可靠运行，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。有些主机架设计得非常笨重而巨大，主机架过重增加了制造成本。因为对主机架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主机架进行了强度计算和受力分析。通过UG软件作出主机架的模型图，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主机架受力和变形情况，与理论估算相比具有计算精确、主机架结构布局合理、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主机架强度计算方法，从而有利于能够更加精准计算主机架的强度性能，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机架强度计算方法，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，为了更准确的计算主机架，我们要把主轴、主轴承、齿轮箱、主机架、偏行轴承和塔架考虑进来；

(2)其次，主轴和齿轮箱采用梁单元来模拟；主轴承和主轴采用MPC连接，齿轮箱与支撑也是采用MPC连接；

(3)把主机架、主轴承和齿轮箱支撑组成一个整体考虑。

(4)主机架采用壳单元；主轴承、齿轮箱支撑、偏航轴承和塔架采用实体单元；

(5)采用两种方式对模型加载：第一种是直接把轮毂中心的载荷加在主轴上，约束塔架最底部面；第二种是在塔顶中心建立节点，通过MPC单元将节点与塔架最下面建立刚度连接，把塔顶中心处的载荷加到节点上，约束主轴处的节点。

本发明所述的风力发电机组主机架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；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机架的强度性能，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机架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机架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；2、主机架；3、主轴承；4、塔架；5、偏航轴承；6、齿轮箱支撑；7、齿轮箱

8、塔顶节点；9、塔架下端面；

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的风力发电机组主机架强度计算方法，其步骤主要包括：

(1）以现有的有限元软件为平台，实施建模，把主轴1、主轴承3、齿轮箱7、主机架2、偏行轴承5和塔架6考虑进来；

(2)其次，主轴1和齿轮箱7采用梁单元来模拟；主轴承3和主轴1采用MPC连接，齿轮箱7与支撑6也是采用MPC连接，如图3所示；

(3)把主机架2、主轴承3和齿轮箱支撑6组成一个整体考虑。主机架2采用壳单元；主轴承3、齿轮箱支撑6、偏航轴承5和塔架6采用实体单元；

(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，采用两种方式对模型加载：第一种是直接把轮毂中心的载荷加在主轴上，约束塔架最底部面；第二种(图2所示)是在塔顶中心建立节点，通过MPC单元将节点与塔架最下面建立刚度连接，把塔顶中心处的载荷加到节点上，约束主轴处的节点，得到主机架中心多个载荷工况的应力及其云图。