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工程范围

基础分析:
风机属高耸结构,在风机基础设计中主要荷载包括:惯性力、空气动力荷载、运行荷载等其他荷载。一般的,静力荷载比较明确,对结构、基础造成的影响也较容易确定,而风力机组叶轮旋转及风机控制运行过程中产生的动荷载对基础的影响则比较复杂。由于风机塔筒较高,水平风荷载在基础顶面产生的弯矩比较大,往往是风机基础设计的控制性荷载。又由于风向的变化,风机基础所受到的弯矩作用方向也反复变化,使风机基底受到反复的拉压作用,有可能造成风机地基基础的承载力减损和位移累计。风机价格昂贵,对于基础的水平位移和不均匀沉降控制也比较严格。风力发电机组的这些特点,对风机基础设计提出了比较高的要求。同时由于风机的安放位置处于地形较复杂的地区,地质条件较差,如何考虑风机基础和土壤的关系,以及基础环同基础的连接,均是涉及到风机能否稳定运行的关键因素。

 

齿轮箱及其零部件分析:
风电系统的失效率12%来自齿轮箱的失效,大约是工业齿轮箱平均失效机率的两倍。齿轮箱的失效是导致故障时间、维修和产量减少的主要原因,一般其损失要占风电设备总价的15%~20%。其中齿轮和轴承误差对于失效的影响最大。
风机齿轮箱分析涉及齿轮箱整体分析以及齿轮的具体细节设计。并且应用abaqus分析在疲劳以及各种荷载下齿轮箱内部构件的应力变形以及抗疲劳特性。通过专业分析设计能够有效的提高齿轮箱的寿命,减少可能出现的误差。

轮毂分析:
● 轮毂的极限强度分析
● 叶片与轮毂连接分析
● 轮毂疲劳分析
轮毂的CAD模型,主轴的假体模型,叶片假体,变桨轴承。工况三个叶根极限(叶根坐标系)+轮毂中心极限(加载同时刻叶根载荷)。
建立叶片与轮毂连接的有限元模型,施加叶根的极限载荷、螺栓预紧力及相应的约束边界,进行有限元分析,根据分析结果进行螺栓强度与连接状态的校核。对有限元分析模型施加疲劳载荷,将螺栓的有限元分析结果输入到FE-safe软件中进行雨流,得到螺栓的等效疲劳应力,对螺栓进行疲劳寿命分析。
建立轮毂疲劳分析的有限元模型,对轮毂施加疲劳载荷进行有限元分析,将有限元分析的结果输入到FE-safe软件中进行雨流,得到轮毂的疲劳载荷谱,根据材料的S-N曲线进行疲劳分析。

塔架分析
● 塔架与主机架连接分析
● 塔筒屈曲分析
● 塔筒焊缝极限强度及疲劳强度分析
● 塔筒门段极限强度分析
● 法兰连接极限强度及连接螺栓疲劳强度分析

塔架计算:
采用工程计算法计算环焊缝强度,采用有限元分析计算门焊缝强度
采用有限元方法结合相关规范分析屈曲
采用有限元法分析连接法兰强度,连接螺栓疲劳

主机架与塔架连接计算分析:
建立主机架与塔架连接的有限元模型,施加塔架顶部的极限载荷,螺栓预紧力及相应的边界条件,进行有限元分析,根据分析结果进行螺栓强度及连接状态的校核。另外施加疲劳载荷进行有限元分析,将螺栓的分析结果输入到FE-safe,得到螺栓的等效疲劳应力,根据GL规范进行疲劳寿命分析。

叶片分析:
风力发电机组要获得较大的风力发电功率,关键在于要有能轻快旋转的叶片,叶片的翼型设计结构形式,直接影响到风力发电装置的性能和功率,同时叶片又是风力发电机中的核心部分,风机叶片材料的强度和刚度是决定风力发电机组性能优劣的关键,目前的叶片已经发展到采用各种复合材料进行设计,我们应用SIMULAYT进行叶片的复合材料建模与铺层,应用ABAQUS进行叶片的分析计算。
● 应用SIMULAYTABAQUS中定义复合材料铺层

● 叶片的静力,动力以及模态分析

● 叶片的参数化建模以及网格划分

风机叶片的表面是复杂的三维曲面,形成了一个具有变化扭转角,变化弦长和变化轴线的翼刨面。在内部结构中的关键结构处设置较厚的粘结点。这样就使得风机叶片材料呈现出高度的各向异性。Abaqus模型采用Python脚本语言和数学几何定义的方法设计叶片。其中,自动操作不仅应用在经典分析中,比如网格收敛,而且应用在参数扫掠优化中,比如几何设计,材料使用,翼刨面或者刚度分布等。Python语言的数学功能可以用来创建几何和划分网格,用户可以输入弦长,扭转角,翼刨面去定义叶片的曲面外表属性。

主机架分析
● 主机架极限强度分析
● 主机架疲劳分析
● 齿轮箱、发电机等与主机架连接分析
风机主机架的静力和疲劳分析。风机的机舱座用于支撑主轴承箱以及其它的部分,例如液压传动部分和主变速箱。主轴焊接在框架结构的前部,采用Abaqus测试风机机舱底座同其他构件在焊接部位的疲劳特性以及在极值荷载下的风机机舱底座变形和验证其极限强度。
机架、主轴承支座、齿轮箱支座的完整CAD模型,塔筒的部分模型。主轴的安装位置及轮毂的中心载荷点的具体位置。机架在轮毂固定坐标系下的极限载荷。
建立主机架疲劳分析的有限元模型,对主机架加单位载荷进行有限元分析,将有限元分析的结果与疲劳载荷历程输入到FE-Safe中结合材料的S-N曲线进行疲劳分析。
建立主机架与齿轮箱连接的有限元模型,施加主机架的极限载荷、螺栓预紧力及相应的约束边界,进行有限元分析,根据分析结果进行螺栓强度及连接状态的校核。对有限元分析模型施加疲劳载荷,将螺栓的有限元分析结果输入到FE-safe,得到螺栓的等效疲劳应力,根据GL规范对螺栓进行疲劳寿命分析。

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