一种风机风轮锁强度校核的计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种风机风轮锁强度校核的计算方法。属于风力发电机组零件强度校 核的领域。
【背景技术】
[0002] 风机风轮锁是风电机组的一个重要部件，目前对于风机风轮锁强度的校核方法主 要采用有限元分析法。但是现有风轮锁的有限元模型中没有考虑建立锁紧盘模型，锁轴和 锁套在装配上考虑也不够周到，从而导致风轮锁在整个传力关系上与风轮锁实际的受力关 系存在一定的偏差，放大了风轮转矩的作用，得到的风轮锁强度偏大，不能准确反映风轮锁 工作的情况。
【发明内容】
[0003] 本发明在于克服现有技术的不足，提出了一种风轮锁强度校核的计算方法，用于 解决现有技术中风轮锁强度校核不够准确的问题。
[0004] 本发明的上述目的主要是通过如下方案予以实现的：
[0005] -种风机风轮锁强度校核的计算方法，包括如下步骤：
[0006] 步骤（一）、建立风机上锁紧盘、锁轴、锁套和主轴假体的三维几何模型并进行装 配，其中锁轴和锁套采用过盈装配，将模型导入有限元分析软件，建立风轮锁有限元模型并 进行网格划分；
[0007] 步骤（二）、对有限元模型中各个部件设置接触和边界条件，其中，锁套和锁轴的 过盈装配采取接触面偏置的方法；
[0008] 步骤（三）、对模型施加极限工况载荷，获得得到风轮锁的受力情况，进而计算风 轮锁的应力大小和危险位置，将计算结果和风轮锁许用值比较校核其强度。
[0009] 进一步的，步骤（一）所述的对有限元模型进行网格划分，其中，各个部件均采用 六面体单元进行网格划分，锁轴、锁紧盘及主轴假体采用单元为30-60_，锁套在厚度方向 上米用3层。
[0010] 进一步的，步骤（二）所述的对模型中各个部件设置接触，锁轴和锁套之间用非线 性接触，其他部分采取绑定或不分离接触。
[0011] 进一步的，步骤（二）所述的对模型中各个部件设置边界条件中，以轮毂中心点作 为主节点，在锁轴末端端面节点施加固定约束，通过MPC184单元和主节点连接，主节点及 主轴末端端面节点均在激活的柱坐标系下，除主轴轴向旋转自由度外，对其他自由度都进 行约束。
[0012] 本发明和现有技术相比的有益效果是：
[0013] 现有技术中对于风轮锁风机强度的校核建立的有限元模型比较简单，导致与实际 工程中存在较大的差异，校核的强度不够精确。本发明充分考虑到风机风轮锁的受力情况， 在建立有限元模型中，不仅加入锁紧盘的模型，考虑到其对风轮锁的传力的影响，而且在建 立几何模型时考虑到锁轴和锁套之间采用过盈装配的方式，更加符合实际风电机组运行情 况，对风轮锁之间的受力情况做出了更加准确的模拟。提高了校核风轮锁强度的准确性。
【附图说明】
[0014]图1是本发明中实体及网格划分模型示意图；
[0015] 图中：1.锁轴，2.锁套，3.锁紧盘，4.主轴
[0016] 图2是本发明中有限元模型的示意图；
[0017] 图中：5.轴向旋转，6.固定约束，7.MPC184单元，8.轮毂中心
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图对本发明做进一步详细的说明：
[0019] 1)利用三维制图软件（如CAD)建立锁紧盘、锁套、锁轴以及主轴假体的三维几何 模型，对模型各个部件进行装配，其配合公差为IT01级，保证各个接触体理论上刚好接触。 其中，锁套和锁轴采用过盈装配的方法。
[0020] 2)将装配好的模型导入有限元软件中建立风轮锁有限元模型，对该模型进行有限 元网格划分（详见表1)，各个部件均采用六面体单元，其中，锁套、锁紧盘及主轴假体的单 元大小设置为30-60mm，锁套的厚度方向设置为3层。
[0021] 表1各部件有限元单元设置
[0022]
[0023] 3)设置各个部件的接触（详见表2)，锁套和锁轴的过盈装配采取接触面偏置的方 法，其余部分采用绑定或不分离接触。
[0024] 表2各部件接触设置
[0025]
[0026] 4)设置有限元模型的边界条件：在锁轴末端端面节点处施加固定约束来限制其 所有自由度，设置一个轮毂中心点作为主节点，通过MPC184单元和主轴前端端节点连接， 主节点和主轴前端端节点均在激活的柱坐标系下，除轴向旋转自由度外，对其他自由度都 进行约束。
[0027] 5)对该有限元模型施加极限工况载荷，在该极限工况下主轴承受的扭矩为 2084KNm。通过牛顿-拉普森算法，采用分步加载及非线性大变形的求解算法，模拟锁套 和锁轴在过盈装配下及极限工况下的受力情况，最终获得锁轴及锁套的应力大小和危险位 置，将该值与风轮锁的许用值进行比较校核风轮锁强度。
[0028] 作为其他实施方式，为了更加符合实际应用的情况，也可以对各个部件在建立有 限元模型时选择其他模拟单元和载荷传递路径。
【主权项】
1. 一种风机风轮锁强度校核的计算方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤（一）、建立风机上锁紧盘、锁轴、锁套和主轴假体的三维几何模型并进行装配，其 中锁轴和锁套采用过盈装配，将模型导入有限元分析软件，建立风轮锁有限元模型并进行 网格划分； 步骤（二）、对有限元模型中各个部件设置接触和边界条件，其中，锁套和锁轴的过盈 装配采取接触面偏置的方法； 步骤（三）、对模型施加极限工况载荷，获得到风轮锁的受力情况，进而计算风轮锁的 应力大小和危险位置，将计算结果和风轮锁许用值比较校核其强度。2. 根据权利要求1所述的一种风机风轮锁强度校核的计算方法，其特征在于，步骤 (一） 所述的对有限元模型进行网格划分，其中，各个部件均采用六面体单元进行网格划 分，锁套、锁紧盘及主轴假体采用单元为30-60mm，锁套在厚度方向上采用3层。3. 根据权利要求1所述的一种风机风轮锁强度校核的计算方法，其特征在于，步骤 (二） 所述的对模型中各个部件设置接触，锁轴和锁套之间用非线性接触，其他部分采取绑 定或不分离接触。4. 根据权利要求1所述的一种风机风轮锁强度校核的计算方法，其特征在于，步骤 (二）所述的对模型中各个部件设置边界条件中，以轮毂中心点作为主节点，在锁轴末端端 面节点施加固定约束，通过MPC184单元和主节点连接，主节点及主轴末端端面节点均在激 活的柱坐标系下，除主轴轴向旋转自由度外，对其他自由度都进行约束。
【专利摘要】本发明涉及一种风机风轮锁强度校核的计算方法。建立风机锁紧盘3、锁轴1、锁套2和主轴4假体的三维几何模型并进行装配，其中锁轴和锁套采用过盈装配。将该模型导入有限元分析软件建立风轮锁有限元模型。设置模型各部件的边界条件和接触，对模型施加极限载荷工况，求解得到风轮锁的受力情况，进而得到风轮锁的应力大小和危险位置，计算结果和风轮锁许用值比较校核其强度。本发明由于加入了锁紧盘模型，并且考虑到锁轴和锁套的过盈装配，提高了校核风轮锁强度的准确性，更符合风电机组实际的运行状况。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105022876
【申请号】CN201510417434
【发明人】晁贯良, 苏凤宇, 程林志, 董姝言, 齐涛, 曹胜平, 耿丽红, 刘晓辉
【申请人】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
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年7月15日