CN106919743A - 一种风机偏航系统的性能分析方法 - Google Patents

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苏凤宇
董姝言
晁贯良
何海建
杨扬
程林志
杨海锋
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STATE GRID XINYUAN ZHANGJIAKOU SCENERY STORAGE DEMONSTRATION POWER PLANT CO Ltd
State Grid Corp of China SGCC
Xuji Group Co Ltd
Xuchang Xuji Wind Power Technology Co Ltd
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State Grid Corp of China SGCC
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Abstract

本发明的目的在于提供一种风机偏航系统的性能分析方法，包括如下步骤：建立包括偏航齿轮箱的风机偏航系统三维模型，将其导入有限元分析软件，并对其中各部件进行网格划分，定义单元类型和材料属性，建立风机偏航系统的有限元模型；设置风机偏航系统中各部件的属性和它们之间的连接方式；将建立好的风机偏航系统有限元模型导入总体模型；选择风机偏航系统的工况，对风机偏航系统中的偏航部件进行计算。本发明的有益效果是：本发明提供的技术方案，在建立风机偏航系统的有限元模型时考虑到了偏航齿轮箱对载荷传递路径的影响，所以建立的载荷传递路径与实际的载荷传递路径相同，对偏航系统性能的计算结果也比较精确。

Description

一种风机偏航系统的性能分析方法
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种风机偏航系统的性能分析方法。
背景技术
随着传统能源的日益消耗和环境的逐渐恶化，人们都在开发能够代替传统能源，并不会对环境造成影响的新型环保能源，其中风能和太阳能是目前最受关注的新型能源，风力发电技术和太阳能发电技术也是目前发展最快的新能源技术。
风机是在风力发电过程中，将风能转化为电能的设备，而偏航系统是风机中重要的设备，为了保证风机能够正常而持久的运行，需要对风机的偏航系统进行极限计算和疲劳计算。
目前对风机偏航系统中各部件进行极限计算和疲劳计算时，各实体部件之间的关系通常按照绑定关系进行处理，这使得载荷通过实体间的接触单元进行传递，而不能反映出偏航齿轮箱对载荷传递的影响。
如偏航系统在静止时，风载通过风轮传递的扭矩一方面通过偏航刹车盘进行传递，一方面通过偏航齿轮箱与偏航齿圈的齿啮合进行传递，此外在风机偏航时其扭矩则主要通过偏航齿轮箱的齿啮合进行传递。因此如果不考虑偏航齿轮箱的影响，而仅仅通过偏航刹车盘传递载荷，不符合实际的载荷传递路径。
此外，在对偏航系统进行疲劳计算时，风机在运行期间内的疲劳损伤通常未予以考虑，使得计算结果不够准确，存在较大的误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风机偏航系统的性能分析方法，用于解决上述现有技术中对风机偏航系统进行性能分析时，载荷的传递路径与实际不相符的问题。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种风机偏航系统的性能分析方法，包括如下步骤：
(1)建立包括偏航齿轮箱的风机偏航系统三维模型，将其导入有限元分析软件，并对其中各部件进行网格划分，定义单元类型和材料属性，建立风机偏航系统的有限元模型；
(2)设置风机偏航系统中各部件的属性和它们之间的连接方式；
(3)将建立好的风机偏航系统有限元模型导入总体模型；
(4)选择风机偏航系统的工况，对风机偏航系统中的偏航部件进行计算。
进一步的，所述风机偏航系统还包括偏航轴承、偏航刹车盘和偏航刹车钳。
进一步的，偏航齿轮箱中的偏航齿轮中的齿轮与偏航轴承之间的连接单元为组1单元，偏航刹车盘与偏航刹车钳之间的接触单元为组2单元；
当组1单元生效而组2单元不生效时，风机偏航系统处于静止工况；
当组1单元和组2单元同时生效时，风机偏航系统处于运动工况。
进一步的，所述风机偏航系统有限元模型中的各实体部件之间的连接方式设置为绑定连接。
进一步的，偏航齿轮箱中的变桨轴承滚珠采用Link10单元进行模拟，根据变桨轴承滚珠的刚度设置该Link10单元的截面属性，根据变桨轴承中滚珠的数目设定单元数目，并设置该Link10单元只受压力不受拉力。
进一步的，偏航齿轮箱中的齿轮与偏航轴承之间的连接关系通过Link10单元进行模拟，该Link10单元与偏航轴承之间的角度与齿轮副的啮合角一致，并设置该Link10单元只受压力不受拉力。
进一步的，变桨轴承齿轮轴采用Pipe16单元进行模拟，Pipo16单元外径与实际齿轮轴的外径一致。
进一步的，变桨齿轮箱的齿轮与齿轮轴之间的连接采用Beam4单元进行模拟。
本发明的有益效果是：本发明提供的技术方案，在建立风机偏航系统的有限元模型时考虑到了偏航齿轮箱对载荷传递路径的影响，所以建立的载荷传递路径与实际的载荷传递路径相同，对偏航系统性能的计算结果也比较精确。
本发明提供的技术方案，通过调节组1单元和组2单元选择偏航系统运行的工况，与以往只考虑风机的静止工况相比，计算结果更加可靠。
附图说明
图1为实施例中风机偏航系统的示意图；
图2为实施例中风机偏航系统的俯视图；
图3为实施例中偏航轴承模型的示意图；
图中包括：偏航齿轮箱1、偏航轴承2、偏航刹车盘3、偏航刹车钳4、偏航齿轮轴5、偏航齿轮箱齿轮6、偏航齿轮箱与偏航轴承连接单元7。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种风机偏航系统的性能分析方法，用于解决上述现有技术中对风机偏航系统进行性能分析时，载荷的传递路径与实际不相符的问题。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种风机偏航系统的性能分析方法，包括如下步骤：
(1)建立包括偏航齿轮箱的风机偏航系统三维模型，将其导入有限元分析软件，并对其中各部件进行网格划分，定义单元类型和材料属性，建立风机偏航系统的有限元模型；
(2)设置风机偏航系统中各部件的属性和它们之间的连接方式；
(3)将建立好的风机偏航系统有限元模型导入总体模型；
(4)选择风机偏航系统的工况，对风机偏航系统中的偏航部件进行计算。
本发明的有益效果是：本发明提供的技术方案，在建立风机偏航系统的有限元模型时考虑到了偏航齿轮箱对载荷传递路径的影响，所以建立的载荷传递路径与实际的载荷传递路径相同，对偏航系统性能的计算结果也比较精确。
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本实施例提供一种风机偏航系统的性能分析方法，包括如下步骤：
(1)采用CAD软件建立风机偏航系统的三维模型，该三维模型如图1、图2和图3所示，包括偏航齿轮箱1、偏航轴承2、偏航刹车盘3、偏航刹车钳4的几何模型；
(2)将建立好的风机偏航系统的三维模型导入有限元分析软件，建立风机偏航系统的有限元模型，对其中各部件分别进行网格划分，在不影响整体刚度分布的前提下，删除其中的倒角、圆角和小孔这些特征；
(3)对风机偏航系统有限元模型中的各部件施加相应的材料属性，其中偏航齿轮箱1、偏航轴承2、偏航刹车盘4采用钢，偏航刹车盘3采用QT350；
(4)设置风机偏航系统有限元模型中各部件之间的连接关系；
变桨轴承2的滚球使用Link10单元来模拟，该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，截面属性根据变桨轴承滚珠的刚度而定，数量根据变桨轴承10中滚珠的数目而定，并通过设置关键字设定该Link10单元只受压力而不受拉力；
偏航齿轮箱中的齿轮6与偏航轴承2之间的连接通过Link10单元7进行模拟，此Link10单元7与偏航轴承2之间的角度与齿轮副的啮合角一致，根据齿轮载荷的传递特性，通过设置关键字设定该Link10单元7只受压力而不受拉力；将该Link10单元7定义为组1单元；将偏航刹车盘3与偏航刹车钳4之间的接触单元定义为组2单元；
偏航齿轮箱齿轮轴5与偏航齿轮箱齿轮6之间的连接通过Beam4单元进行模拟，该Beam4单元与偏航齿轮箱齿轮6与偏航轴承2之间的Link10单元7之间的连接点位于偏航齿轮箱齿轮6节圆的位置；
变桨轴承齿轮轴5使用Pipe16单元模拟，该处的Pipe16单元外径与实际齿轮轴的外径一致；
其他的各实体部件之间的连接关系按照绑定关系进行设置；
(5)将风机偏航系统的有限元模型导入总体模型；
(6)通过设置组1单元和组2单元选择风机偏航系统的工况：
当组1单元生效而组2单元不生效时，风机偏航系统处于静止单位工况；
当组1单元生效且组2单元也生效时，风机偏航系统处于运动单位工况；
以上述两种单位工况为基础，对风机偏航系统中各偏航部件进行极限计算和疲劳计算。
作为其他实施方式，各部件的属性和他们之间相应的连接关系，可以采用有限元分析软件中其他的连接单元进行模拟，能够模拟实际风机偏航系统中各部件实际的属性和连接关系即可。
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 (8)

1.一种风机偏航系统的性能分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)建立包括偏航齿轮箱的风机偏航系统三维模型，将其导入有限元分析软件，并对其中各部件进行网格划分，定义单元类型和材料属性，建立风机偏航系统的有限元模型；
(2)设置风机偏航系统中各部件的属性和它们之间的连接方式；
(3)将建立好的风机偏航系统有限元模型导入总体模型；
(4)选择风机偏航系统的工况，对风机偏航系统中的偏航部件进行计算。
2.根据权利要求1所述的一种风机偏航系统的性能分析方法，其特征在于，所述风机偏航系统还包括偏航轴承、偏航刹车盘和偏航刹车钳。
3.根据权利要求2所述的一种风机偏航系统的性能分析方法，其特征在于，偏航齿轮箱中的偏航齿轮中的齿轮与偏航轴承之间的连接单元为组1单元，偏航刹车盘与偏航刹车钳之间的接触单元为组2单元；
当组1单元生效而组2单元不生效时，风机偏航系统处于静止工况；
当组1单元和组2单元同时生效时，风机偏航系统处于运动工况。
4.根据权利要求1所述的一种风机偏航系统的性能分析方法，其特征在于，所述风机偏航系统有限元模型中的各实体部件之间的连接方式设置为绑定连接。
5.根据权利要求1所述的一种风机偏航系统的性能分析方法，其特征在于，偏航齿轮箱中的变桨轴承滚珠采用Link10单元进行模拟，根据变桨轴承滚珠的刚度设置该Link10单元的截面属性，根据变桨轴承中滚珠的数目设定单元数目，并设置该Link10单元只受压力不受拉力。
6.根据权利要求1所述的一种风机偏航系统的性能分析方法，其特征在于，偏航齿轮箱中的齿轮与偏航轴承之间的连接关系通过Link10单元进行模拟，该Link10单元与偏航轴承之间的角度与齿轮副的啮合角一致，并设置该Link10单元只受压力不受拉力。
7.根据权利要求1所述的一种风机偏航系统的性能分析方法，其特征在于，变桨轴承齿轮轴采用Pipe16单元进行模拟，Pipo16单元外径与实际齿轮轴的外径一致。
8.根据权利要求1所述的一种风机偏航系统的性能分析方法，其特征在于，变桨齿轮箱的齿轮与齿轮轴之间的连接采用Beam4单元进行模拟。
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