本文根据风力发电产业的发展现状,针对大型风力机的发展趋势和关键零部件的机械强度问题进行研究。在研究了GL发布的风力机发电机组认证规范《Guideline for the certification of wind turbines》(Edition2003)基础上,应用有限元数值分析理论和结构分析软件AYSYS对大型风力发电机组关键零部件,塔筒静强度、塔架模态、机舱底座静强度、轮毂与叶片螺栓连接进行分析,计算结果并与GL规范进行了对比与分析。 ⑴对某800KW风力机以底部开门洞的塔架为研究对象,研究了塔架在风轮、机舱等零部件重力荷载以及塔架自身重力作用下的受力特点,利用有限元对其进行了详尽的静态分析和校核,同时对塔架在这类偏心荷载作用下进行模态分析,并得到其低阶频率和振型。分析表明,该型风力机塔架在极限载荷作用下,其静态特性和动态特性均满足设计要求。以结构静强度为目标,提出了优化改进意见。 ⑵应用ANSYS有限元分析软件对风力机机舱底座静强度进行分析。研究了风力机机舱底座结构有限元分析中的关键技术问题:包括网格划分、外载荷处理、边界约束处理及计算技巧。以某800KW风力机机舱底座为研究对象,研究了机舱底座在风轮传递的随机动载荷,电机、齿轮箱和主轴自身重力作用下的受力情况,利用多点约束(MPC)方法施加载荷、增加塔简假体施加约束等方法对其进行有限元静强度分析,并根据计算结果进行了强度校核。为风力机机舱底座的强度校核与优化设计提供了行之有效的分析方法和手段。 ⑶对风力机轮毂与叶片螺栓连接等接触问题的有限元分析方法进行了研究。在探讨了在ANSYS软件中高强度螺栓预紧力的施加方法和局部应力集中处有限元网格的处理后,对某800KW风力机轮毂与叶片螺栓连接进行分析,研究了轮毂在风轮动载荷和螺栓预紧力的作用下的受力情况,并根据计算结果分别对轮毂、螺栓和叶片进行强度校核,并对局部区域的结构改进进行设计。
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