CN106777713B - 一种风机运输支架强度的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风机运输支架强度的计算方法，首先建立风机和运输支架的有限元模型，然后将风机的有限元模型施加重力加速度之后置于运输支架的有限元模型上，得到运输支架在运输工况下的极限应力，最后根据运输支架在运输工况下的极限应力计算出运输支架板材和焊缝的安全系数。本发明提供技术方案，按照实际风机和运输支架的实际结构建立风机的有限元模型，然后将该模型施加重力加速度之后置于运输支架上，这与运输支架实际运输风机时的情况是一致，所以能够反映运输支架工作运输工况下的真实情况，计算结果与实际情况之间偏差较小。

Description

一种风机运输支架强度的计算方法
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风机运输支架强度的计算方法。
背景技术
现今可再生能源的开发利用受到全世界的高度重视，很多国家将开发利用可再生能源作为能源战略的重要组成部分。风力发电是目前可再生能源各种技术中发展最快、技术最为成熟、最具大规模开发和商业化前景的产业，是最有可能成为主流能源的可再生能源技术之一。
风力发电需要采用风机将风能转化为电能，而风机运输支架是风机重要的配套部件。但是风机运输支架焊接结构非常复杂，因此需要采用有限元分析法对其强度进行计算。
目前采用有限元方法对风机的运输支架进行极限强度计算时，都是直接在运输支架的上方施加一个与风机质量相等的质量点或者等效压力，通过MPC载荷伞的形式传递到运输支架上。由于这种方法容易在MPC载荷伞连接点的位置上造成应力奇异，所以很可能会使得运输支架局部的计算强度与实际强度有较大的偏差，不能对实际的工程应用起到指导作用。
发明内容
本发明提供一种风机运输支架强度的计算方法，用于解决上述现有技术中对运输支架的计算强度与实际强度偏差较大的问题。
一种风机运输支架强度的计算方法，包括如下步骤：
(1)建立风机和运输支架的几何模型，将其导入有限元软件，并对风机和运输支架划分网格，定义单元类型和材料属性，建立运输支架的有限元模型；
(2)设置风机和运输支架各部件之间的连接方式；
(3)选择运输支架的工况，其中至少包括运输支架的运输工况：对风机的有限元模型施加重力加速后置于运输支架上，得到运输支架在运输工况下的极限应力；
(4)根据运输支架在各工况下的极限应力，对于运输支架板材的极限强度进行计算，得到运输支架板材的极限安全系数；
(5)根据运输支架极限安全系数的计算结果进行焊缝应力插值，对焊缝的极限强度进行计算，得到焊缝的极限安全系数。
本发明提供一种风机运输支架强度的计算方法，按照实际运输条件建立风机的有限元模型，然后将该模型施加重力加速度之后置于运输支架上，这与运输支架实际运输风机时的情况是一致，所以本发明所提供的技术方案能够反映运输支架工作运输工况下的真实情况，计算结果与实际情况之间偏差较小，从而解决了现有技术中对运输支架的计算强度与实际强度偏差较大的问题。
进一步的，所述运输支架的工况还包括试验台试验工况：在风机主轴中心节点施加扭矩，得到运输支架在试验台试验工况下的极限应力。
当风机在运输支架进行试验时，扭矩是通过主轴-箱体-主机架-运输支架的传递路径进行传递的，因此为了使对运输支架强度的计算结果更能够反应实际情况，需要对运输支架进行试验台工况。
进一步的，所述风机的几何模型不包括风轮和塔筒。
附图说明
图1为风机及其运输支架的几何模型；
图2为风机运输支架的几何模型。
具体实施方式
本发明提供一种风机运输支架强度的计算方法，用于解决上述现有技术中对运输支架的计算强度与实际强度偏差较大的问题。
一种风机运输支架强度的计算方法，包括如下步骤：
(1)建立风机和运输支架的几何模型，将其导入有限元软件，并对风机和运输支架划分网格，定义单元类型和材料属性，建立运输支架的有限元模型；
(2)设置风机和运输支架各部件之间的连接方式；
(3)选择运输支架的工况，其中至少包括运输支架的运输工况：对风机的有限元模型施加重力加速后置于运输支架上，得到运输支架在运输工况下的极限应力；
(4)根据运输支架在各工况下的极限应力，对于运输支架板材的极限强度进行计算，得到运输支架板材的极限安全系数；
(5)根据运输支架极限安全系数的计算结果进行焊缝应力插值，对焊缝的极限强度进行计算，得到焊缝的极限安全系数。
本发明提供一种风机运输支架强度的计算方法，按照实际运输条件建立风机的有限元模型，然后将该模型施加重力加速度之后置于运输支架上，这与运输支架实际运输风机时的情况是一致，所以本发明所提供的技术方案能够反映运输支架工作运输工况下的真实情况，计算结果与实际情况之间偏差较小。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
本实施例提供的一种风机运输支架强度的计算方法，包括如下步骤：
(1)使用CAD软件建立风机和运输支架的几何模型，如图1所示，其中风机的几何模型包括主轴1、锁紧盘2、齿轮箱3、弹性支撑4、主机架5、后机架6、发电机7、机舱柜8、偏航齿轮箱9、偏航轴承10和偏航刹车盘11，风机的几何模型设置在运输支架的几何模型12上，运输支架的几何模型12如图2所示；然后将风机的几何模型和运输支架的几何模型导入有限元软件中，并对风机中的各部件和运输支架划分网格，建立风机和运输支架的有限元分析模型，在该模型中，删除各部件的倒角、小孔等特征；
(2)设置风机各部件和运输支架的材料属性，其中主机架5、齿轮箱3、偏航刹车盘11采用QT350，主轴1、锁紧判2、后机架6、偏航齿轮箱9、偏航轴承10、运输支架12采用钢质材料，弹性支撑4采用各向异性材料，同时添加发电机7的质量单元；
(3)设置风机和运输支架各部件之间的连接方式，偏航轴承10的内圈和外圈之间通过Link10单元连接，通过设置关键字使Link10单元受压力而不受拉力，Link10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；
风机的有限元模型中各部件之间采用绑定关系；
在主轴1的端面中心建立一个节点，该节点与主轴端面上的节点通过Beam4载荷伞进行连接；
发电机7的弹性支撑单元通过Combine14单元进行模拟，Combine14单元与发电机质量单元之间通过Pipe16进行连接；
对运输支架12底部实施全约束；
(4)建立运输支架的运输工况和试验台试验工况；
运输支架的运输工况是指通过对风机的有限元模型施加重力加速度后，再将其置于运输支架的有限元模型上，得出运输支架此时的极限应力，即为运输支架在运输工况下的极限应力；
运输支架的试验台试验工况是指模拟风机在运输支架上进行试验时的工况，此时扭矩是通过主轴-箱体-主机架-运输支架的传递路径进行传递的；在主轴1的中心节点施加扭矩，得出运输支架此时的极限应力，即为运输支架在试验台试验工况下的极限应力；
(5)对运输支架板材和焊缝的极限安全系数进行计算；
通过提取运输支架在不同工况下的极限应力，对板材的极限强度进行计算，得到运输支架板材的极限安全系数；根据运输支架板材极限安全系数的计算结果，通过IIW规定的方法进行焊缝应力插值，对焊缝的极限强度进行计算，得到焊缝的极限安全系数。
本实施例所提供的一种风机运输支架强度的计算方法，即设置了运输工况又设置了试验台试验工况；作为其他实施方式，当风机不在运输支架上进行试验时，可以不设置运输支架的试验台试验工况，只需设置运输工况即可。
在本实施例的风机几何模型中没有设置风轮和塔筒，而是采用在主轴1的中心点施加扭矩来代替风轮；作为其他实施方式，为了更真实的模拟风机运输支架工作时的工况，可以设置风轮和塔筒。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种风机运输支架强度的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)建立风机和运输支架的几何模型，将其导入有限元软件，并对风机和运输支架划分网格，定义单元类型和材料属性，建立运输支架的有限元模型；
(2)设置风机和运输支架各部件之间的连接方式；
(3)选择运输支架的工况，其中至少包括运输支架的运输工况：对风机的有限元模型施加重力加速后置于运输支架上，得到运输支架在运输工况下的极限应力；
(4)根据运输支架在各工况下的极限应力，对于运输支架板材的极限强度进行计算，得到运输支架板材的极限安全系数；
(5)根据运输支架极限安全系数的计算结果进行焊缝应力插值，对焊缝的极限强度进行计算，得到焊缝的极限安全系数。
2.根据权利要求1所述的一种风机运输支架强度的计算方法，其特征在于，所述运输支架的工况还包括试验台试验工况：在风机主轴中心节点施加扭矩，得到运输支架在试验台试验工况下的极限应力。
3.根据权利要求1所述的一种风机运输支架强度的计算方法，其特征在于，所述风机的几何模型不包括风轮和塔筒。
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