2mw风力发电机关键部件有限元分析及优化设计

《2mw风力发电机关键部件有限元分析及优化设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2MW风力发电机关键部件有限元分析及优化设计摘要能源和环境是当今人类生存和发展亟待解决的两个重要问题，而风力发电的主要特点是清洁，投资灵活，占地少，具有很好的经济和社会双重效益。但是，随着风力发电机装机容量日益增大，机组所受的载荷也随之增大，使得机组及其关键部件的安全问题尤为突出。为了使机组在它的设计寿命内能够正常运行，必须对其关键零部件展开细致的研究。本课题在陕西省自然基金和陕西省教育厅项目的资助下，以山东某某风电科技有限公司制造的2MW风力发电机组的轮毂和主轴为研究对象，因为轮毂是风力发电机

2、组中的一个重要部件，载荷情况较复杂，它的设计关乎到整个风力发电机组的正常运行和使用寿命；而主轴是风力发电机的主要传动部件，设计时不仅要考虑强度，还要重视刚度。基于有限元法的基本理论，本文对轮毂和主轴进行了一下研究：(1)首先根据图纸提供的各部件的尺寸，选用三维建模软件Pro／E建立轮毂、主轴的实体模型，然后将实体模型导入到ANSYS软件中。(2)实体模型导入ANSYS后，根据各部件的结构特点，选择合适的单元类型、设置单元实常数、设置材料属性，根据不同部件的受力位置，采用不同精度的网格。(3)在精

3、确建立有限元模型的基础上，在对主轴加载时，考虑了轴承弹性支撑对主轴固有频率的影响，将轴承简化为拥有轴向和径向刚度的弹簧单元，用combinl4单元来模拟，这是对前人研究的一个补充；在叶片与轮毂的连接面处采用多点约束技术(mpcl84单元)，弥补了前人直接处理为刚性约束的不足，提高了分析精度。然后对各个部件进行静态强度分析，得出轮毂、主轴在极限载荷下的应力分布规律和位移分布规律，并对分析结果进行强度校核。(4)利用有限元动力学分析理论，对轮毂、主轴进行模态分析，确定各部件的固有频率、相应振型和承受

4、动态载荷结构设计中的重要参数。(5)基于强大的ANSYS参数化设计语言(APDL)和高效的MA=n。AB优化工具箱分别对轮毂、主轴进行优化设计，得出满足所有设计要求的最经济、最高效率可行的设计方案，为后续进一步的动力学分析打下基础，为结构设计提供依据。因此，本文为兆瓦级风力发电机的轮毂和主轴的分析与设计提供了可靠的科学依据，缩短了开发时间，节约了成本，大大提高了经济效益。关键词：轮毂，主轴，有限元分析，优化设计ⅡFINITEELEMENTANALYSISANDoPTIMIZ·盯IoNDESIGN

5、FoRKEYPARl’SoF2MWWINDTURBINESABSTRACTNowadays，thesupplyoffuelandenvironmentalissuesaretwoimportantproblemsthatneedtobesolved．Windpowerisagoodsolution,becauseitisclean，agoodfinancialinvestment．Ithasapositiveimpactonsociety．However,questionsariseregard

6、ingthesafetyofitskeypartsasthecapacitiesofwindgeneratorsareincreased．Itisnecessarytoanalyzethekeypartsinordertomakesurethemachinewillperformwell．Thisthesisanalyzedthe2MWturbine’Shubandspindle，becausehubisanimportantpartsinthewindgeneratorset，thatisve

7、ryitcomplex．Itsdesignwasaffectedbythewindgenerator’Sruntimeandservicelife．Thespindleisthemainpartt11atdrivesthewindgenerator．Itsdesignmustnotonlyconsiderstrength，butalsostiffness．Usingfiniteelementanalysis，thispaperanalyzedthehubandthespindleby：(1)3D

8、modelsoftwarePro／EWasusedtocreatedhub、spindlemodels．Then，themodelswereanalyzedwiththeANSYSsoftware．(2)Basedonthestructuralcharacteristicsofeachpart，asuitableunittypewasselected，solidconstantofunitandamaterialattributeWasestablished．Basedonthelocation