一种风机主轴性能的计算方法技术

本发明专利技术提供一种风机主轴性能的计算方法，首先根据风机和主轴的实际结构，建立风机的整体有限元模型和主轴的子有限元模型，然后施加载荷，对风机整体有限元模型的各单位工况进行计算，然后提取风机整体有限元模型中的边界位移载荷，对主轴子有限元模型的各单位工况进行计算。本发明专利技术所提供技术方案，在风机的整体有限元模型中，能够模拟主轴在风机中所受载荷的实际传递路径，所以计算的结果也更加准确；同时还建立主轴的子有限元模型对主轴的性能进行分析，不仅能够更加精确的结构来描述主轴，还可以极大的减轻计算工作量。

Method for calculating main shaft performance of fan

The invention provides a fan spindle performance calculation method, according to the actual structure of fan and sub spindle, finite element model of the whole finite element model and the establishment of wind turbine main shaft, then load, calculation of the finite element model of the whole wind turbine units operating conditions, and then extract the boundary displacement integral the finite element model of wind machine, the finite element model of the main axions each unit conditions is calculated. The invention provides a technical scheme in the finite element model of the fan, can the actual transmission path in the wind load simulation spindle by machine, so the calculation results are more accurate; performance analysis of finite element model and sub model of spindle of the spindle, not only can more accurate to description of the spindle, but also greatly reduce the computational workload.

【技术实现步骤摘要】
一种风机主轴性能的计算方法
本专利技术属于风力发电
，具体设计一种风机主轴性能的计算方法。
技术介绍
主轴是风电机组的重要部件之一，在运行过程中承受各种复杂的动态载荷，GL规范要求主轴必须满足20年的使用要求，因此主轴的安全性是风机安全性的重要内容之一。常规的工程算法对结构细节考虑较少，这使得其计算精度难以保证，因此对此种结构多采用有限元的办法来计算。目前采用有限元方法对主轴进行极限和疲劳计算时，对主轴的结构做了许多简化，没有建立载荷传递路径设置不完整，这使得模型中作用到主轴上的载荷与实际作用到主轴上的载荷存在差异，从而使得最终的计算结果与实际结果不同；对主轴性能的评价不准确，计算结果不能有效的指导工程应用。
技术实现思路
本专利技术提供一种风机主轴性能的计算方法，用于解决现有技术不能准确计算出风机主轴实际性能的问题。一种风机主轴性能的计算方法，包括如下步骤：(1)根据风机的实际结构，分别建立风机的整体几何模型和主轴的子几何模型，将其分别导入有限元软件，对风机和主轴中各部件进行网格划分，并按照各部件实际的位置在有限元软件中对各部分进行装配，建立风机的整体有限元模型和主轴的子有限元模型；(2)按照风机的实际结构，对风机的整体有限元模型和主轴的子有限元模型进行设置；(3)对风机的整体有限元模型进行单位工况下的计算；(4)提取风机整体有限元模型中的边界位移载荷，对主轴子有限元模型进行单位工况计算，得到主轴的极限和疲劳安全系数。进一步的，所述风机的整体几何模型包括轮毂、主机架、主轴、齿轮箱箱体、弹性支承、主轴轴承、偏航轴承、刹车盘、刹车片、偏航齿轮箱、塔顶法兰及塔筒的几何模型。进一步的，所述对有限元模型和主轴子模型的单位工况计算，包括±Fx、±Fy、±Fz、±Mx、±My、±Mz、±ax、±ay以及+az的17种单位工况的计算。进一步的，主轴轴承的内圈外圈和偏航轴承的内圈外圈之间均通过Link10单元连接，Link10单元的截面尺寸根据滚球的实际数量、模拟数量和滚球的实际直径而定；发电机弹性支撑单元通过Combine14单元进行模拟，Combine14单元与发电机质量单元之间通过刚性单元进行连接；风机的各部件之间的连接关系设置为绑定接触。进一步的，所述主轴子模型的网格尺寸小于整体有限元模型的网格尺寸，并将轴肩、键槽及倒角位置的网格细化。进一步的，所述子模型的切割边界分别位于轮毂、主轴承内圈和齿轮箱箱体上。进一步的，齿轮箱扭矩的传递通过CE耦合的方式进行模拟。进一步的，在所述主轴表面施加一层壳单元。进一步的，在轮毂中心建立一个节点，该节点与三个叶根面上的节点通过载荷伞进行连接。本专利技术所提供的一种风机主轴性能的计算方法，建立风机的整体有限元模型和主轴的子有限模型，在风机的整体有限元模型中，能够模拟主轴在风机中所受载荷的实际传递路径，所以计算的结果也更加准确；同时还建立主轴的子有限元模型对主轴的性能进行分析，不仅能够更加精确的结构来描述主轴，还可以极大的减轻计算工作量。附图说明图1为实施例所提供的风机的整体模型示意图；图2为实施例所提供的风机的偏航齿轮箱模型示意图；图3为实施例所提供的主轴的子模型示意图。具体实施方式本专利技术提供一种风机主轴性能的计算方法，用于解决现有技术不能准确计算出风机主轴实际性能的问题。一种风机主轴性能的计算方法，包括如下步骤：(1)根据风机的实际结构，分别建立风机的整体几何模型和主轴的子几何模型，将其分别导入有限元软件，对风机和主轴中各部件进行网格划分，并按照各部件实际的位置在有限元软件中对各部分进行装配，建立风机的整体有限元模型和主轴的子有限元模型；(2)按照风机的实际结构，对风机的整体有限元模型和主轴的子有限元模型进行设置；(3)对风机的整体有限元模型进行单位工况下的计算；(4)提取风机整体有限元模型中的边界位移载荷，对主轴子有限元模型进行单位工况计算，得到主轴的极限和疲劳安全系数。本专利技术所提供的一种风机主轴性能的计算方法，建立风机的整体有限元模型和主轴的子有限模型，在风机的整体有限元模型中，能够模拟主轴在风机中所受载荷的实际传递路径，所以计算的结果也更加准确；同时还建立主轴的子有限元模型对主轴的性能进行分析，不仅能够更加精确的结构来描述主轴，还可以极大的减轻计算工作量。下面结合附图对本专利技术进行详细说明。本实施例提供一种风机主轴性能的计算方法，包括如下步骤：(1)建立风机整体的几何模型；风机整体的几何模型如图1和图2所示，包括轮毂1、主机架2、主轴3、主轴4、主轴轴承5、弹性支承6、齿轮箱箱体7、偏航轴承8、刹车盘9、刹车片10、塔顶法兰12及塔筒13和发电机弹性支承combine14单元15；(2)将风机整体的几何模型导入有限元软件，对其中各部件划分网格，并按照各部件实际的位置在有限元软件中进行装配，建立风机的整体有限元模型，并删除整体有限元模型中主轴的倒角、小孔等特征；(3)设置各部件的材料属性，其中轮毂1、主机架2、齿轮箱箱体7采用QT350，主轴3、主轴4、主轴轴承5、偏航轴承8、刹车盘9、刹车片10、偏航齿轮箱11、塔顶法兰12、塔筒13采用钢，弹性支6采用各向异性材料；主轴轴承5内外圈、偏航轴承8的内圈与外圈之间通过Link10单元来连接，通过关键字设置Link10单元受压力而不受拉力，Link10单元的截面尺寸根据滚球的实际数量、模拟数量和滚球的实际直径而定；齿轮箱扭矩的传递通过CE耦合的方式进行模拟，主轴表面施加一层壳单元；(4)将各部件间的连接关系设置成为绑定关系；(5)添加发电机质量单元，发电机弹性支撑单元通过Combine14单元15进行模拟，Combine14单元15与发电机质量单元之间通过刚性单元进行连接；(6)在轮毂中心建立一个点，该点与三个叶根面上的节点通过载荷伞进行连接；(7)在轮毂中心施加±Fx、±Fy、±Fz、±Mx、±My、±Mz、±ax、±ay以及+az的单位载荷，对风机整体有限元模型进行有限元分析；(8)建立包含主轴详细特征的主轴有限元子模型，其在切割便捷一部分位于轮毂上，一部分位于主机架的主轴承内圈及齿轮箱箱体上，如图3所示；(9)提取风机整体有限元模型中各单位工况下的边界位移载荷，分别施加到主轴有限元子模型，对主轴有限元子模型进行有限元分析；(10)分别通过提取主轴有限元子模型在±Fx、±Fy、±Fz、±Mx、±My、±Mz、±ax、±ay以及+az单位工况下的实体单元节点和壳单元应力，结合轮毂中心极限载荷和疲劳载荷谱，通过组合计算得到主轴的极限和疲劳安全系数。作为其他实施方式，风机整体有限元模型中各部件的连接关系可以设置成为其他连接方式。作为其他实施方式，对风机整体的有限元模型和主轴有限元子模型的单位工况可以根据实际的需求增加或者减少。以上给出了本专利技术涉及的具体实施方式，但本专利技术不局限于所描述的实施方式。在本专利技术给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本专利技术中的相应技术手段基本相同、实现的专利技术目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风机主轴性能的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据风机的实际结构，分别建立风机的整体几何模型和主轴的子几何模型，将其分别导入有限元软件，对风机和主轴中各部件进行网格划分，并按照各部件实际的位置在有限元软件中对各部分进行装配，建立风机的整体有限元模型和主轴的子有限元模型；(2)按照风机的实际结构，对风机的整体有限元模型和主轴的子有限元模型进行设置；(3)对风机的整体有限元模型进行单位工况下的计算；(4)提取风机整体有限元模型中的边界位移载荷，对主轴子有限元模型进行单位工况计算，得到主轴的极限和疲劳安全系数。

【技术特征摘要】
1.一种风机主轴性能的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据风机的实际结构，分别建立风机的整体几何模型和主轴的子几何模型，将其分别导入有限元软件，对风机和主轴中各部件进行网格划分，并按照各部件实际的位置在有限元软件中对各部分进行装配，建立风机的整体有限元模型和主轴的子有限元模型；(2)按照风机的实际结构，对风机的整体有限元模型和主轴的子有限元模型进行设置；(3)对风机的整体有限元模型进行单位工况下的计算；(4)提取风机整体有限元模型中的边界位移载荷，对主轴子有限元模型进行单位工况计算，得到主轴的极限和疲劳安全系数。2.根据权利要求1所述的一种风机主轴性能的计算方法，其特征在于，所述风机的整体几何模型包括轮毂、主机架、主轴、齿轮箱箱体、弹性支承、主轴轴承、偏航轴承、刹车盘、刹车片、偏航齿轮箱、塔顶法兰及塔筒的几何模型。3.根据权利要求1所述的一种风机主轴性能的计算方法，其特征在于，所述单位工况的计算，包括±Fx、±Fy、±Fz、±Mx、±My、±Mz、±ax、±ay以及+az的17种单位工况的计算。4.根据权利要求1所述的一种风机主轴性...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐涛，董姝言，苏凤宇，晁贯良，何海建，程林志，杨海锋，马步云，
申请(专利权)人：许继集团有限公司，许昌许继风电科技有限公司，国家电网公司，国网新源张家口风光储示范电站有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41