风力发电机传动链连接螺栓强度评估方法技术

本发明专利技术公开了一种风力发电机传动链连接螺栓强度评估方法，包含：建立风力发电机组整体的几何模型；对风力发电机组整体中的各部件进行网格划分并设置材料属性；定义风力发电机组整体中的各部件之间的接触耦合形式；将加载点设置于轮毂中心位置，与主轴建立载荷伞传递载荷，在塔底位置施加固定约束；施加载荷计算连接螺栓在多种极限工况下的极限强度以判断连接螺栓是否符合要求；施加载荷计算连接螺栓的疲劳强度以判断连接螺栓是否符合要求。本发明专利技术提供的风力发电机传动链连接螺栓强度评估方法，通过更加准确的建模方式，更加全面的极限工况选择以及更加科学的参数计算方法，使得螺栓的极限工况受力和疲劳强度计算更加精确。螺栓的极限工况受力和疲劳强度计算更加精确。螺栓的极限工况受力和疲劳强度计算更加精确。

【技术实现步骤摘要】
风力发电机传动链连接螺栓强度评估方法


[0001]本专利技术涉及一种风力发电机传动链连接螺栓强度评估方法。

技术介绍

[0002]为了风机的运行安全，对于机舱传动链高强连接螺栓，通常需要评估其在风机运行过程中极限载荷下的极限强度是否超过螺栓生产时设计的设计极限强度，以及20年生命周期内的疲劳强度满足设计要求。
[0003]然而现有的评估方法，建模不够准确，极限载荷的选取方法不够科学，且螺栓疲劳强度计算方法也不够精确。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种风力发电机传动链连接螺栓强度评估方法，采用如下的技术方案：
[0005]一种风力发电机传动链连接螺栓强度评估方法，包含：
[0006]建立风力发电机组整体的几何模型，风力发电机组整体包含发电机组传动链、偏航系统和塔架，发电机组传动链包括主轴、风轮锁定盘、机舱座、轴承座、齿轮箱、齿轮箱弹性支撑、连接螺栓、发电机和发电机架，偏航系统包括偏航轴承、偏航制动盘、偏航制动器和偏航驱动；
[0007]对风力发电机组整体中的各部件进行网格划分并设置材料属性；
[0008]定义风力发电机组整体中的各部件之间的接触耦合形式；
[0009]将加载点设置于轮毂中心位置，与主轴建立载荷伞传递载荷，在塔底位置施加固定约束；
[0010]施加载荷计算连接螺栓在多种极限工况下的极限强度以判断连接螺栓是否符合要求；
[0011]施加载荷计算连接螺栓的疲劳强度以判断连接螺栓是否符合要求。
[0012]进一步地，对风力发电机组整体中的各部件进行网格划分并设置材料属性的具体方法为：
[0013]采用一阶单元对对风力发电机组整体中的各部件进行网格划分并设置材料属性。
[0014]进一步地，发电机、齿轮箱和偏航驱动根据重心位置定义为mass单元，并赋值各个部件的x/y/z轴的惯性矩。
[0015]进一步地，连接螺栓定义为beam188单元，并以螺栓公称直径定义beam188单元的截面积，连接螺栓与周边部件采用梁杆单元进行连接。
[0016]进一步地，机舱座和轴承座之间采用带摩擦的标准接触；
[0017]齿轮箱弹性支撑和机舱座之间采用带摩擦的标准接触；
[0018]齿轮箱和主轴之间采用刚性连接；
[0019]发电机与发电机架之间定义弹簧单元进行连接；
[0020]齿轮箱与齿轮箱弹性支撑定义弹簧单元进行连接。
[0021]进一步地，在对塔架进行建模时，截取其顶部25m长的范围进行建模。
[0022]进一步地，多种极限工况包括风轮锁定工况、第一运行极限工况和第二运行极限工况。
[0023]进一步地，施加载荷计算连接螺栓在多种极限工况下的极限强度以判断连接螺栓是否符合要求的具体方法为：
[0024]加载螺栓预紧力，对于风轮锁定工况及极限运行工况施加螺栓目标预紧力；
[0025]加载重量工况，对于风轮锁定工况及极限运行工况考虑1.35倍安全系数；
[0026]将多种极限工况施加于加载点进行计算；
[0027]计算完成后提取各个计算工况下各个螺栓的应力分量，并引入螺栓直径修正系数计算各个螺栓的应力值，与预紧力下各螺栓的应力值相减，获得所述连接螺栓在计算工况下的应力变化幅值，并将应力幅值与最大预紧力下螺栓的轴向应力进行相加，获得所述连接螺栓在计算工况下的轴向应力
[0028]引入扭转剪切力，将其与各螺栓轴向应力合成得到所述连接螺栓在各个计算工况下最终合成应力；
[0029]将合成应力与连接螺栓的设计参数进行比较以确认连接螺栓是否符合要求。
[0030]进一步地，将多种极限工况施加于加载点进行计算的具体方法为：
[0031]对于风轮锁定工况，将其对应的载荷参数施加到加载点进行计算；
[0032]对于第一运行极限工况，将轮毂中心固定坐标系下Mx、My、Mz和Myz在极限情况下所对应的载荷参数施加到加载点进行计算；
[0033]对于第二运行极限工况，获取风力发电机组整体在轮毂中心固定坐标系下多个采样时间点的轮毂中心载荷，根据每个采样时间点对应的载荷确定每个采样时间点对应的在机舱座和轴承座的连接面和在机舱座和齿轮箱弹性支撑的连接面的合成力Fyz，根据每个采样时间点对应的Fz与合成力Fyz的角度，分别确定相应采样时间点的合成力Fyz所在的扇区，选择每个扇区的最大的合成力Fyz对应的采样时间点的轮毂中心载荷数据为极限工况载荷，施加到加载点进行计算。
[0034]进一步地，施加载荷计算连接螺栓的疲劳强度以判断连接螺栓是否符合要求的具体方法为：
[0035]通过软件出具轮毂中心固定坐标系Myz及相同时刻角度的两通道载荷时序谱；
[0036]施加螺栓预紧力，对于疲劳工况施加螺栓最小预紧力，；
[0037]施加重量，对于疲劳工况考虑1倍安全系数；
[0038]施加齿轮箱额定输入转矩；
[0039]分角度分步施加Myz载荷进行计算；
[0040]计算完成后经后处理获得所述连接螺栓的应力幅影响矩阵，结合载荷时序谱，获得所述连接螺栓的应力谱；
[0041]引入SN曲线计算所述连接螺栓的疲劳损伤；
[0042]将计算出的所述连接螺栓疲劳损伤与所述连接螺栓的设计许用值参数进行比较以确认所述连接螺栓是否符合要求。
[0043]本专利技术的有益之处在于提供的风力发电机传动链连接螺栓强度评估方法，通过更
加准确的建模方式，更加全面的极限工况选择以及更加科学的参数计算方法，使得螺栓的极限强度和疲劳强度计算更加精确。
附图说明
[0044]图1是本专利技术的风力发电机传动链连接螺栓强度评估方法的示意图；
[0045]图2是本专利技术的风力发电机组整体的几何模型的示意图；
[0046]主轴11，风轮锁定盘12，机舱座13，轴承座14，齿轮箱15，齿轮箱弹性支撑16，连接螺栓17，发电机18，发电机架19，偏航轴承21，偏航制动盘22，偏航制动器，偏航驱动24。
具体实施方式
[0047]以下结合附图和具体实施例对本专利技术作具体的介绍。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0048]如图1所示，本专利技术揭示一种风力发电机传动链连接螺栓强度评估方法，包含以下步骤：S1：建立风力发电机组整体的几何模型。S2：对风力发电机组整体中的各部件进行网格划分并设置材料属性。S3：定义风力发电机组整体中的各部件之间的接触耦合形式。S4：将加载点设置于轮毂中心位置，与主轴建立载荷伞传递载荷，在塔底位置施加固定约束。S5：施加载荷计算连接螺栓在多种极限工况下的极限强度以判断连接螺栓是否符合要求。S6：施加载荷计算连接螺栓的疲劳强度以判断连接螺栓是否符合要求。以下具体介绍上述步骤。
[0049]对于步骤S1：建立风力发电机组整体的几何模型。
[0050]如图2所示，风力发电机组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机传动链连接螺栓强度评估方法，其特征在于，包含：建立风力发电机组整体的几何模型，所述风力发电机组整体包含发电机组传动链、偏航系统和塔架，所述发电机组传动链包括主轴、风轮锁定盘、机舱座、轴承座、齿轮箱、齿轮箱弹性支撑、连接螺栓、发电机和发电机架，所述偏航系统包括偏航轴承、偏航制动盘、偏航制动器和偏航驱动；对所述风力发电机组整体中的各部件进行网格划分并设置材料属性；定义所述风力发电机组整体中的各部件之间的接触耦合形式；将加载点设置于轮毂中心位置，与所述主轴建立载荷伞传递载荷，在塔底位置施加固定约束；施加载荷计算所述连接螺栓在多种极限工况下的极限强度以判断所述连接螺栓是否符合要求；施加载荷计算所述连接螺栓的多种疲劳工况，结合疲劳载荷谱及SN曲线获得各个螺栓的疲劳损伤以判断所述连接螺栓是否符合要求。2.根据权利要求1所述的风力发电机传动链连接螺栓强度评估方法，其特征在于，所述对所述风力发电机组整体中的各部件进行网格划分并设置材料属性的具体方法为：采用一阶单元对对所述风力发电机组整体中的各部件进行网格划分并设置材料属性。3.根据权利要求2所述的风力发电机传动链连接螺栓强度评估方法，其特征在于，所述发电机、所述齿轮箱和所述偏航驱动根据重心位置定义为mass单元，并赋值各个部件的x/y/z轴的惯性矩。4.根据权利要求3所述的风力发电机传动链连接螺栓强度评估方法，其特征在于，所述连接螺栓定义为beam188单元，并以螺栓公称直径定义beam188单元的截面积，所述连接螺栓与周边部件采用梁杆单元进行连接。5.根据权利要求4所述的风力发电机传动链连接螺栓强度评估方法，其特征在于，所述机舱座和所述轴承座之间采用带摩擦的标准接触；所述齿轮箱弹性支撑和所述机舱座之间采用带摩擦的标准接触；所述齿轮箱和所述主轴之间采用刚性连接；所述发电机与所述发电机架之间定义弹簧单元进行连接；所述齿轮箱与所述齿轮箱弹性支撑定义弹簧单元进行连接。6.根据权利要求1所述的风力发电机传动链连接螺栓强度评估方法，其特征在于，在对所述塔架进行建模时，截取其顶部25m长的范围进行建模，并在塔架底部节点施加固定约束。7.根据权利要求1所述的风力发电机传动链连接螺栓极限强度评估方法，其特征在于，多种极限工况包括风轮锁定工况、第一运行极限工况和第二运行极限工况。8.根据权利要求7所述的风力发电机传动链连接螺栓极限强度评估方法，其特征在于，所述施加载荷计算所述连接螺栓在风轮锁定工...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵佰余，陈进建，童跃平，徐东杰，朱斌辉，支道跃，邹渊士，黄文才，
申请(专利权)人：华仪风能有限公司，
类型：发明
国别省市：