810KW风力发电机机舱底座开裂分析

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近年来,随着能源危机的不断加剧,化石能源面临着日益枯竭的困境,加之国家对新能源开发的政策指导和现代化发展的迫切需求,我国风电场已成为世界上装机容量和机组数量最多的国家。然而,我国风力发电机机舱底座出现故障损坏的概率也逐年增加,机舱底座作为风力发电机中最为重要的受力构件,它的可靠性直接影响着整个机组的可靠性与使用寿命。  本文针对国内某公司自主开发的风力发电机机舱底座开裂的问题,运用有限元软件ANSYS Workbench与疲劳软件nCode DesignLife对其进行分析,并开展如下研究:  首先,根据风力发电机机舱底座二维CAD结构图,应用SolidWorks三维绘图软件建立机舱底座的实体模型,通过SolidWorks与ANSYS的无缝接口将三维模型导入ANSYSWorkbench软件中进行有限元分析。其次,定义各个构件的材料属性、添加各种接触关系,包括底座材料Q345E与螺栓材料,以及底座与螺栓的接触关系(绑定接触、无摩擦接触、不分离接触等),选用第四强度理论进行有限元分析。最后,根据实际运行情况添加必要的边界条件,并分别对其进行分析。本文分别对机舱底座在启动、正常刹车、紧急刹车、极限风速运行四种工况下进行静力学分析,正常运行工况下的疲劳分析以及对底座进行模态分析,得到了机舱底座在各工况下的应力云图、安全系数云图、疲劳寿命云图以及底座的振型云图。研究结果表明:不论在何种工况下,底座人孔部位至增速箱支撑座之间均存在应力集中现象,且急刹工况对实际产生的裂纹影响较大,底座与螺栓的最小寿命分别为5年与7.6年,机组与底座并未存在共振现象。实际产生的裂纹主要是由于底座结构设计不合理,存在应力集中现象,且疲劳强度不够,致使机组底座萌生裂纹。  本文通过对810KW风力发电机机舱底座进行了静力学分析、模态分析以及疲劳分析,找到了底座结构设计的薄弱环节,为其进一步的结构优化设计提供了理论依据,并为现场工作的维护保养提供了一定的指导意义。
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