一种风机发电机悬置系统的优化设计方法与流程

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种风机发电机悬置系统的优化设计方法。

背景技术：

随着社会经济的快速发展，人们对能源的需求也在迅猛增长。然而受限于碳排放等环境因素，以及存储量的日益消耗，作为不可再生能源的化石能源的使用受到一定程度的限制，所以人们正在积极的寻找其他清洁无污染的可再生能源，以替代传统的化石能源。

风能、太阳能等清洁能源，越来越受到人们的重视，尤其是风能，由于国家政策的大力支持，近几年风电机组的国产化程度逐渐提高。然而由于目前风电基础理论研究的不足，使得兆瓦级的风机可靠性普遍不高，其中尤其是风机的振动和噪音超标。

发动机作为风机最主要的振源之一，其振动通过悬置元件传递给机架，所以如果悬置元件设计的不合理，就会影响到整个风机的振动特性，减低机组的使用寿命，所以需要对发电机悬置系统的设计非常重要。

目前悬置元件的选型多从静力学的角度来进行考虑，即悬置元件刚度参数以将风机在静止或运行过程中的变形量作为目标来进行控制，但很少从动力学的角度进行分析，而风机作为一个由多部件组成的系统，其动力学性能对风机振动及噪声的影响较大，所以现有的悬置系统设计方法，不能有效的降低风机的振动和噪音。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种风机发电机悬置系统的优化设计方法，用于降低风机的振动和噪音。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种风机发电机悬置系统的优化设计方法，包括如下步骤：

(1)建立风机发电机悬置系统的动力学模型，并设置模型中各部件之间的连接关系；

(2)对风机发电机悬置系统的对弹性支撑刚度系数和发电机质量进行参数化处理；

(3)以悬置系统中悬置元件的刚度系数和发电机的质量为设计变量，以固有频率和解耦水平为目标变量，进行正交试验，得到悬置元件的优化刚度系数。

进一步的，建立好风机发电机悬置系统的动力学模型之后，对风机发电机悬置系统的动力学模型进行静平衡求解和模态计算，得到风机发电机悬置系统的固有频率和模态能量分布，判断系统的固有频率是否满足要求，如果不满足，则进行后续优化处理。

进一步的，在建立所述风机发电机悬置系统的动力学模型时，发电机采用刚体模型。

进一步的，发电机与悬置系统之间设置为铰接连接，悬置系统中的元件采用bushing进行模拟，其扭转刚度和扭转阻尼均设置为0。

进一步的，进行正交试验时，首先对统计结果误差进行验证，然后以频率分布和6阶模态6个自由度的解耦为目标，计算得到悬置元件的优化刚度系数。

本发明的有益效果是：本发明所提供的技术方案，首先建立风机发电机悬置系统的动力学模型，对其进行参数化处理后进行正交试验，得到优化结果。由于本发明所提供的技术方案是基于风机发电机悬置系统的动力学模型进行的分析，所以能够有效降低风机的振动和噪音。

附图说明

图1为实施例中风机发电机悬置系统的优化设计方法流程图；

图2为实施例中风机发电机悬置系统的动力学模型示意图；

图3为实施例中风机发电机悬置系统悬置元件的布置示意图。

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种风机发电机悬置系统的优化设计方法，用于降低风机的振动和噪音。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种风机发电机悬置系统的优化设计方法，包括如下步骤：

(1)建立风机发电机悬置系统的动力学模型，并设置模型中各部件之间的连接关系；

(2)对风机发电机悬置系统的对弹性支撑刚度系数和发电机质量进行参数化处理；

(3)以悬置系统中悬置元件的刚度系数和发电机的质量为设计变量，以固有频率和解耦水平为目标变量，进行正交试验，得到悬置元件的优化刚度系数。

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本实施例提供一种风机发电机悬置系统的优化设计方法，其具体流程如图1所示，步骤如下：

(1)使用adams软件建立发电机悬置系统的动力学模型，悬置系统由悬置元件按照特定的组合方式组成，如图2和图3所示，其中包括发电机1和悬置元件2；然后定义发电机及弹性支撑的质量、质心、转动惯量和刚度等参数，并将悬置系统中各部件之间设置为铰接或者bushing力元的连接关系；发电机与悬置系统之间通过铰接进行连接，悬置元件使用bushing来模拟，bushing元件的扭转刚度及扭转阻尼设置为0；为了减少计算量，在发电机悬置系统动力学模型中的发电机采用刚体模型；

(2)对发电机悬置系统的动力学模型进行静平衡求解，并对其进行模态计算，得到发动机悬置系统的固有频率和模态能量分布；判断发动机悬置系统的固有频率是否满足要求；如果不满足，则根据模态能量分布判断是否会对系统的振动造成影响；如果能，则进行后续的优化处理；

(3)对发动机悬置系统的动力学模型进行参数化处理，包括对弹性支撑刚度系数的参数化处理和发动机质量的参数化处理；

(4)以悬置系统中悬置元件的刚度系数和发电机的质量为设计变量，以悬置系统的固有频率和解耦水平为目标变量，在insight中进行正交试验设计，对统计结果误差验证后进行优化分析，以频率分布和6阶模态6个自由度的解耦为目标，计算得到悬置元件的优化刚度系数。

技术特征：

技术总结
本发明提供一种风机发电机悬置系统的优化设计方法，包括如下步骤：建立风机发电机悬置系统的动力学模型，并设置模型中各部件之间的连接关系；对风机发电机悬置系统的对弹性支撑刚度系数和发电机质量进行参数化处理；以悬置系统中悬置元件的刚度系数和发电机的质量为设计变量，以固有频率和解耦水平为目标变量，进行正交试验，得到悬置元件的优化刚度系数。由于本发明所提供的技术方案是基于风机发电机悬置系统的动力学模型进行的分析，所以能够有效降低风机的振动和噪音。

技术研发人员：齐涛;苏凤宇;董姝言;晁贯良;何海建;杨扬;程林志;沈开慧
受保护的技术使用者：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
技术研发日：2017.05.23
技术公布日：2017.10.20