一种风电机组主机架结构的抗扭设计方法及主机架技术

本发明专利技术提供一种风电机组主机架结构的抗扭设计方法包括：构建风电机组的结构三维模型；根据风电机组的结构三维模型结合主机架周围零部件的空间构建主机架初始拓扑优化模型；绘制载荷传递路线图；根据主机架的初始拓扑优化模型和载荷传递路线图构建主机架有限元模型；设置约束条件对主机架有限元模型进行拓扑优化，得到主机架三维模型；对主机架三维模型进行有限元强度和疲劳校核，以及对主机架的受力进行力学分析，找出主机架的抗扭受力薄弱处；对抗扭受力薄弱处进行结构的抗扭设计优化。本发明专利技术可以改善目前没有专用方法对风电机组主机架结构进行抗扭设计的技术问题。组主机架结构进行抗扭设计的技术问题。组主机架结构进行抗扭设计的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种风电机组主机架结构的抗扭设计方法及主机架


[0001]本专利技术涉及风力发电机
，具体涉及一种风电机组主机架结构的抗扭设计方法及主机架。

技术介绍

[0002]主机架是风力发电机组中的重要零部件之一，是风电机组的主承载件；在风电机组工作时，主机架会将风轮、齿轮箱、偏航以及后机架的动、静载荷传递到塔筒，因此，主机架的刚度和强度直接影响着风电机组的安全运行。
[0003]如何设计出同时满足刚度、强度、工艺性且经济性的主机架，成为风电机组设计中的难题，鉴于主机架抵抗扭转的能力对于主机架的整体刚度有着至关重要的影响，因此亟需一种对风电机组主机架结构的抗扭设计方法，来指导风电机组主机架的结构设计。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术提出一种风电机组主机架结构的抗扭设计方法及主机架，以完善现有技术中存在的目前没有专用方法对风电机组主机架结构进行抗扭设计的技术问题。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]第一方面，提供了一种风电机组主机架结构的抗扭设计方法，包括：
[0007]构建风电机组的结构三维模型；
[0008]根据风电机组的结构三维模型，结合主机架周围零部件的空间构建主机架初始拓扑优化模型；
[0009]根据风电机组的结构三维模型绘制载荷传递路线图；
[0010]根据主机架的初始拓扑优化模型和载荷传递路线图构建主机架有限元模型；
[0011]设置约束条件对主机架有限元模型进行拓扑优化，得到主机架三维模型；
[0012]对主机架三维模型进行有限元强度和疲劳校核，以及对主机架的受力进行力学分析，找出主机架的抗扭受力薄弱处；
[0013]对抗扭受力薄弱处进行结构的抗扭设计优化。
[0014]进一步的，根据风电机组的整体尺寸、传动链跨距、轴承座跨距以及偏航轴承的直径构建风电机组的结构三维模型。
[0015]进一步的，风电机组的结构三维模型中包括以下部件：轮毂、主轴、轴承座、主轴承、弹性支撑、齿轮箱、偏航轴承、制动器、制动盘和塔筒。
[0016]进一步的，根据风电机组的结构三维模型，结合和主机架周围的零部件的空间以及和主机架的接口，在不与主机架周围部件干涉的情况下将主机架进行填充，得到主机架的初始拓扑优化模型。
[0017]进一步的，构建主机架有限元模型时，将主轴承和偏航轴承滚子简化为可绕主轴承内外圈转动的钢环。
[0018]进一步的，约束条件包括：以单元密度为变量，以主机架左右对称、拔模角度、质量以及最大最小尺寸为设计约束，以应变能最小和最大应力最小化为设计目标，在保证主机架刚度的基础上使得应力最小。
[0019]进一步的，设置约束条件对主机架有限元模型进行拓扑优化时，循环迭代采用灵敏度算法。
[0020]进一步的，对抗扭受力薄弱处进行结构的抗扭设计优化，包括：增加剪刀撑结构，将主机架的缺口通过增加筋板的方式进行连接。
[0021]第二方面，提供了一种电子设备，包括：
[0022]一个或多个处理器；
[0023]存储装置，用于存储一个或多个程序；
[0024]当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现第一方面提供的风电机组主机架结构的抗扭设计方法。
[0025]第三方面，提供了一种风电机组主机架，采用第一方面提供的风电机组主机架结构的抗扭设计方法设计得到。
[0026]由上述技术方案可知，本专利技术的有益技术效果如下：
[0027]1.通过多目标控制的方法对主机架进行优化设计，通过受力分析的方式对主机架局部结构进行抗扭设计；使得在主机架优化设计时考虑更多因素对主机架构型的影响，设计得到的主机架满足刚度、强度、工艺性以及经济性的要求。
[0028]2.在构建主机架有限元模型时，根据风电机组的结构三维模型绘制载荷传递路线图，可保证载荷在主机架上分配以及传递路径的正确性，确保后续设计的计算精度；采用钢环代替主轴承和偏航轴承滚子，在保证载荷在模型中传递的正确性的基础上，极大的简化了轴承的非线性建模。
[0029]3.设置约束条件对主机架有限元模型进行拓扑优化时，通过对主机架左右对称、拔模角度、最大以及最小尺寸的约束，以及以应变能最小和最大应力最小化为设计目标，使得主机架优化结果更加精确。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0031]图1为本专利技术一实施例的主机架结构的抗扭设计方法流程示意图；
[0032]图2为本专利技术一实施例的主机架风电机组的结构三维模型示意图；
[0033]图3为本专利技术一实施例的主机架初始拓扑优化模型示意图；
[0034]图4为本专利技术一实施例的载荷传递路线图；
[0035]图5为本专利技术一实施例的主机架有限元模型示意图；
[0036]图6为本专利技术一实施例的简化主轴承和偏航轴承滚子后的主机架有限元模型示意图；
[0037]图7为本专利技术一实施例的主机架三维模型示意图；
[0038]图8为本专利技术一实施例的主机架三维模型进行有限元强度和疲劳校核的结果示意
图；
[0039]图9为本专利技术一实施例的N坐标系示意图；
[0040]图10为本专利技术一实施例的N坐标系下主机架在Mx方向的受力示意图；
[0041]图11为本专利技术一实施例的坐标系下主机架在My方向的受力示意图；
[0042]图12为本专利技术一实施例的坐标系下主机架在Mz方向的受力示意图；
[0043]图13为本专利技术一实施例的主机架抗扭受力薄弱处示意图；
[0044]图14为本专利技术一实施例的主机架抗扭设计优化后其强度和刚度的计算结果示意图；
[0045]图15为本专利技术一实施例的重构后的主机架三维模型示意图；
[0046]附图标记：
[0047]1‑
轴承座，2
‑
主轴承，3
‑
主轴，4
‑
弹性支撑座，5
‑
扭力臂，6
‑
偏航电机齿轮箱，7
‑
偏航轴承，8
‑
塔筒，9
‑
制动器，10
‑
制动盘，11
‑
主机架，12
‑
轮毂中心。
具体实施方式
[0048]下面将结合附图对本专利技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0049]需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域技术人员所理解的通常意义。
[0050]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电机组主机架结构的抗扭设计方法，其特征在于，包括：构建风电机组的结构三维模型；根据风电机组的结构三维模型，结合主机架周围零部件的空间构建主机架初始拓扑优化模型；根据风电机组的结构三维模型绘制载荷传递路线图；根据主机架的初始拓扑优化模型和载荷传递路线图构建主机架有限元模型；设置约束条件对主机架有限元模型进行拓扑优化，得到主机架三维模型；对主机架三维模型进行有限元强度和疲劳校核，以及对主机架的受力进行力学分析，找出主机架的抗扭受力薄弱处；对抗扭受力薄弱处进行结构的抗扭设计优化。2.根据权利要求1所述风电机组主机架结构的抗扭设计方法，其特征在于，根据风电机组的整体尺寸、传动链跨距、轴承座跨距以及偏航轴承的直径构建风电机组的结构三维模型。3.根据权利要求2所述的风电机组主机架结构的抗扭设计方法，其特征在于，风电机组的结构三维模型中包括以下部件：轮毂、主轴、轴承座、主轴承、弹性支撑、齿轮箱、偏航轴承、制动器、制动盘和塔筒。4.根据权利要求1所述风电机组主机架结构的抗扭设计方法，其特征在于，根据风电机组的结构三维模型，结合和主机架周围的零部件的空间以及和主机架的接口，在不与主机架周围部件干涉的情况下将主机架进行填充，得到主机架的初始拓扑优化模型。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海波，韩佳，杨鄂川，刘金增，解轲，文茂诗，杨微，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团海装风电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：