CN105022876A - 一种风机风轮锁强度校核的计算方法 - Google Patents

一种风机风轮锁强度校核的计算方法 Download PDF

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Abstract

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。

Description

一种风机风轮锁强度校核的计算方法
技术领域
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
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
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。
本发明的上述目的主要是通过如下方案予以实现的：
一种风机风轮锁强度校核的计算方法，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。
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30-60mm，锁套在厚度方向上采用3层。
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。
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。
本发明和现有技术相比的有益效果是：
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
图1是本发明中实体及网格划分模型示意图；
图中：1.锁轴，2.锁套，3.锁紧盘，4.主轴
图2是本发明中有限元模型的示意图；
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
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明：
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。
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。
表1各部件有限元单元设置
模型部分 单元类型 单元类型 关键选项
锁轴 Solid185 三维实体单元 无
锁套 Solid185 三维实体单元 无
锁紧盘 Solid185 三维实体单元 无
主轴 MPC184 连接单元 Keyopt(2),1
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。
表2各部件接触设置
模型部分 接触类型 接触算法 关键选项
锁轴—锁套 摩擦 增强拉格朗日 Keyopt(9),1
锁套面1—锁紧盘 摩擦 增强拉格朗日 Keyopt(9),2
锁套面2—锁紧盘 不分离 增强拉格朗日 Keyopt(9),1
锁紧盘—主轴 绑定 增强拉格朗日 Keyopt(9),1
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。
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。
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。

Claims (4)

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。
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