大型风力发电机组主轴的设计优化

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随着我国日益严重的环境问题,新能源与清洁能源的蒸蒸日上,能源改革与转型迫在眉睫。风力发电在新能源领域中已相对成熟,对电力行业贡献不小,我国风力发电行业也正在飞速发展。市场竞争的日益激烈,行业将要面临严峻的成本挑战。上游风电企业,电力巨头,不断要求风电制造商研发大型风电机组,从而降低整个风电场的造价。作为大型风电关键传动部件的主轴在风电机组中占有举足轻重的位置,在风机运行过程中需要承受多种载荷的综合作用,因而在满足主轴设计的强度、疲劳寿命以及动力学分析等要求的前提下,利用有限元软件开展大型风力发电机组的设计研究具有非常重要的意义。使用设计精良、质量可靠、力学性能优越的主轴才能确保风力发电机组正常稳定地运行。本文在国内外相关研究成果的基础上以强度理论和结构动力学为理论基础,首先,建立风力发电机组主轴及主轴装配体的三维模型及有限元模型,利用有限元分析软件ANSYS,根据滚动轴承滚子的刚度曲线进行数值模拟,分析了主轴在极限载荷作用下的应力分布情况。然后对风力发电机组主轴进行疲劳寿命分析。建立S-N曲线并通过选取关键平面法疲劳应力分析,求解主轴累积损伤值,再选取相应节点进行支反力检查,来实现对有限元模型的校核及验证。最后对整个大型风电机组进行多体动力学建模,动平衡分析,模态分析.通过驱动扭矩与反馈扭矩加载动平衡计算后得到8阶振型,并对固有频率和在固有频率范围内的激励频率绘制坎贝尔图,寻找可疑共振点并分析结果,获得最优的设计结果。对未来风力发电机组的主轴研究和分析设计提供了坚实可靠的依据,具有一定的借鉴意义。
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