风机后机架极限强度和疲劳强度的计算方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种风机后机架极限强度和疲劳强度的计算方法。属于涉及风电机组后机架强度性能的计算方法。
【背景技术】
[0002]发电机后机架是风电机组的重要部件之一，它要承受风电机组在运行过程中的各种复杂动态载荷，而且后机架的焊接结构处容易发生损坏，因此，后机架的强度性能对于整个发电机组的安全性是非常重要的。
[0003]在关于风机后机架的安全性能的评价的现有技术中，一些常规的工程计算方法很难达到实际工程需要的精度。因此采用有限元分析法，通过建立有限元模型，计算出精确的结构应力，并得到可靠的安全系数。但是，现有的有限元模型结构较为简单，建立的载荷传递路径不完整，对一些细节的部件应力考虑不够完善，导致计算结果不能反映结构的真实情况，不能有效的应用在工程中。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种风机后机架极限强度的计算方法，用于解决现有技术关于风机后机架的载荷传递路径不完整，计算强度不准确的问题。同时，本发明还提供了一种风机后机架的疲劳强度的计算方法。
[0005]一种风机后机架极限强度的计算方法，包括如下步骤:
[0006]步骤(一)、利用有限元软件，对风机后机架及其载荷传递路径上的设备的几何模型分别进行网格划分和装配，建立有限元模型，以实现载荷传递路径完整且与实际相符，在该模型上施加不同的单位载荷工况，上述载荷传递路径上的设备至少包括:轮毂、主机架、后机架、齿轮箱箱体、主轴轴承、偏航轴承、塔筒、弹性支承；
[0007]步骤(二)、建立后机架子模型，提取后机架整体模型中各单位工况下的边界位移载荷，分别施加到后机架子模型；
[0008]步骤(三)、将后机架整体模型和后机架子模型提交给有限元分析软件进行求解，分别提取各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谱和疲劳载荷谱，组合计算得到板材的极限强度和疲劳强度；
[0009]步骤(四)、通过板材的疲劳系数计算选择焊缝的热点，进行焊缝应力插值，得到焊趾应力，结合轮毂中心极限载荷谱，计算得到焊缝的极限强度。
[0010]进一步的，步骤(一)中所述载荷传递路径上的设备还包括:主轴、刹车盘、刹车片、偏航齿轮箱、塔顶法兰。
[0011]进一步的，步骤(一)所述的主轴轴承的内圈和外圈、偏航轴承的内圈和外圈通过LinklO单元来连接，关键字设置LinklO单元受压不受拉。
[0012]进一步的，步骤(一)所述的弹性支承单元通过CombineH单元进行模拟，并且添加发电机质量单元，CombineH单元通过Pipe单元和发电机质量单元连接。
[0013]进一步的，步骤(一)所述的整体模型中的各个部件采用绑定关系，边界约束条件设置为塔底全约束。
[0014]一种风机后机架疲劳强度的计算方法，包括如下步骤:
[0015]步骤(一)、利用有限元软件，对风机后机架及其载荷传递路径上的设备的几何模型分别进行网格划分和装配，建立有限元模型，以实现载荷传递路径完整且与实际相符，在该模型上施加不同的单位载荷工况，上述载荷传递路径上的设备至少包括:轮毂、主机架、后机架、齿轮箱箱体、主轴轴承、偏航轴承、塔筒、弹性支承；
[0016]步骤(二)、建立后机架子模型，提取后机架整体模型中各单位工况下的边界位移载荷，分别施加到后机架子模型；
[0017]步骤(三)、将后机架整体模型和后机架子模型提交给有限元分析软件进行求解，分别提取各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谱和疲劳载荷谱，组合计算得到板材的极限强度和疲劳强度；
[0018]步骤(四)、通过板材的疲劳系数计算选择焊缝的热点，进行焊缝应力插值，得到焊趾应力，结合轮毂中心极限载荷谱，计算得到焊缝的疲劳强度。
[0019]进一步的，其特征在于，步骤(一)中所述载荷传递路径上的设备还包括:主轴、刹车盘、刹车片、偏航齿轮箱、塔顶法兰。
[0020]进一步的，步骤(一)所述的主轴轴承的内圈和外圈、偏航轴承的内圈和外圈通过LinklO单元来连接，关键字设置LinklO单元受压不受拉。
[0021]进一步的，步骤(一)所述的弹性支承单元通过CombineH单元进行模拟，并且添加发电机质量单元，CombineH单元通过Pipe单元和发电机质量单元连接。
[0022]进一步的，步骤(一)所述的整体模型中的各个部件采用绑定关系，边界约束条件设置为塔底全约束。
[0023]本发明与现有技术相比的有益效果是:
[0024]以往建立的风机后机架模型的结构简单，对于影响风机后机架的强度性能因素考虑不全面，仅考虑塔顶载荷施加在主机架，这样做不仅容易引起应力集中，也不符合载荷的传递路径。本发明建立了一个完整模型，轮毂中心载荷通过主轴承传递给齿轮箱，齿轮箱通过弹性支承传递给主机架和后机架，主机架通过螺栓传递给偏航轴承，再传递给塔筒，构成了一个完整的载荷传递路径。在此基础上，建立后机架子模型，提取后机架整体模型中各单位工况下的边界位移载荷，分别施加到后机架子模型，从而使计算更加准确，节省时间、节约成本。
【附图说明】
[0025]图1是本发明实施例所述后机架的计算方法的整体模型示意图；
[0026]图2是本发明实施例所述后机架的计算方法的后机架子模型示意图；
[0027]图3是本发明实施例所述后机架的计算方法的主轴承模型示意图；
[0028]图4是本发明实施例所述后机架的计算方法的偏航轴承模型示意图；
[0029]图5是本发明实施例所述后机架的计算方法的偏航齿轮箱模型示意图；
[0030]图中:1.轮毂、2.主机架、3.后机架、4.主轴、5.主轴轴承、6.弹性支撑、7.齿轮箱箱体、8.偏航轴承、9.刹车盘、10.刹车片、11.偏航齿轮箱、12.塔顶法兰、13.塔筒、14.发电机质量单元、15.发电机弹性支承Combine 14单元、16.Pipe单元。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图对发明做进一步详细的说明。
[0032]风机后机架极限强度计算方法实施例:
[0033]I)如图1-5所示，在制图软件(如CAD软件)上对风机的轮毂1、主机架2、后机架3、主轴4、主轴轴承5、弹性支撑6、齿轮箱箱体7、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建立几何模型，利用有限元软件对上述部分分别采用实体单元划分网格，并进行装配，建立有限元模型，该模型的载荷传递路径完整且与实际相符。
[0034]其中，轮毂、主机架、齿轮箱箱体采用QT350，后机架、主轴、主轴轴承、偏航轴承、刹车盘、刹车片、偏航齿轮箱、塔顶法兰、塔筒采用钢，弹性支承采用各项异性材料。
[0035]2)主轴承的内圈和外圈、偏航轴承的内圈和外圈通过LinklO单元来传递，关键字设置LinklO单元受压不受拉，LinklO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