风力发电机组偏航驱动机联接件高强度螺栓强度技术研究

摘要

螺栓联接是风力发电机组中最常用、最普遍的联接方式，尤其是高强度螺栓。高强度螺栓与普通螺栓相比具有预紧载荷大，抗交变载荷强，受力性能好等优点，因此在风电机组中得到广泛使用。 随着风力发电机组逐步向大型化发展，尤其是海上风机已有6MW的大功率风机装机运营，因此对风电机组各零部件的工作可靠性提出了越来越高的要求。偏航系统是风力发电机组中必不可少的重要组成部分，它的功能主要依据控制系统的指令控制机舱方位，进而使风轮始终处于迎风状态提高发电效率。偏航驱动机是偏航系统的执行机构，偏航系统的稳定性与偏航驱动机联接螺栓的可靠性密切相关。近年来，由于螺栓失效导致的风机损坏事故层出不穷，如何提高螺栓的联接强度，如何保持螺栓联接的稳定性是整个风电机组可靠运行的前提。因此，对于高强度螺栓联接的强度特性分析是非常必要的。本文开展的研究内容如下： 1）采用VDI 2230高强度螺栓联接理论的工程计算方法，并把偏航驱动机与机架联接螺栓进行合理简化，建立了结构的法兰刚度等效模型。研究了工作载荷与预紧力的关系，分析了残余预紧力、螺栓与被联接件的柔度、扭矩系数、螺栓参数、压馅损失力以及预紧扭矩等因素对螺栓强度的影响。 2）建立了偏航驱动机与机架的螺栓联接有限元模型，考虑各接触面之间的不同接触关系。利用ANSYS Workbench分析了在预紧工况下和极限工况下螺栓的应力状态分布与位移之间的关系，并与VDI 2230理论计算结果进行对比验证，确定了有限元分析方法的正确性。同时分析了工作应力随不同预紧力，不同温度以及不同螺栓数量之间的变化趋势，并根据分析结果确定了预紧力的取值。 3）以Visual Basic 6.0为开发平台，以Visual Basic语言为开发工具，依据VDI 2230工程理论计算方法开发了偏航驱动机联接螺栓设计查询校核系统，实现螺栓的参数化设计计算。并与Access数据库进行了连接，实现了自定义参数，用户只需要根据设计要求在系统中输入或查询相关参数，系统可以自动完成相应的校核分析结果。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 课题研究的主要内容

第2章 高强度螺栓联接计算分析

2.1 螺栓联接原理

2.2 VDI 2230高强度螺栓理论

2.2.1 最小紧固作用力

2.2.2 螺栓柔度

2.2.3 被联接件柔度

2.2.4 压馅损失力

2.2.5 初步校核

2.2.6 安全系数

2.2.7 安装扭矩

2.3 本章小结

第3章 偏航驱动机联接高强度螺栓校核

3.1 偏航系统原理

3.2 偏航系统结构

3.3 联接螺栓实例校核

3.3.1 设计要求与基本参数

3.3.2 确定相关载荷

3.4 本章小结

第4章 有限元模型建立与分析

4.1 ANSYS Workbench简介

4.2 几何模型

4.3 有限元模型

4.3.1 材料属性

4.3.2 网格划分

4.3.3 接触类型

4.3.4 载荷与约束条件

4.4 结果分析

4.4.1 预紧工况与极限工况应力位移对比

4.4.2 螺栓两侧应力位移关系

4.4.3 温度影响

4.4.4 结构改进

4.5 本章小结

第5章 螺栓选型查询校核系统设计

5.1 VB语言介绍

5.2 VB6.0开发环境

5.3 设计查询校核系统

5.3.1 软件设计目的

5.3.2 软件开发流程

5.4 数据库设计

5.4.1 数据库与数据库引擎

5.4.2 数据库访问方式

5.4.3 ADO访问Access数据库

5.5 软件功能介绍

5.5.1 螺栓初步选型

5.5.2 相关参数查询

5.5.3 螺栓校核界面设计

5.6 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附录

致谢