3mw风力发电机机舱底盘静强度与模态分析

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1、·电气技术与自动化·刘东博，等·3MW风力发电机机舱底盘的静强度及模态分析3MW风力发电机机舱底盘的静强度及模态分析刘东博。段振云(沈I~1／I-r业大学机械工程学院，辽宁沈阳110178)摘要：风力发电机组机舱底盘的强度及动力特性分析是底盘结构优化的基础，机舱底盘上不仅承载着主轴、轴承座、增速箱、发电机等大型及运动部件，而且还受到空气阻力等影响。由此，采用有限元软件对3MW风力发电机机舱底盘的静强度及固有频率和振型进行分析，并根据结果进行强度校核。为机舱底盘结构优化设计提供了理论依据。关键词：风力发电机；底盘；应力；强度中图分类号：TH12

2、；TM614文献标志码：A文章编号：t671-5276(2011)03-0153-03AnalyzingStaticStrengthandModeof3MWWindTurbineNacelleChassiswithFiIliteElementMethodLIUDong—bo，DUANZhen—yun(SchoolofMechanicalEngineering，ShenyangUniversityofTechnology，Liaoning110178，China)Abstract：Itisthebasisofoptimizingdesignto

3、analyzestaticstrengthandmodeofwindturbinenacellechassiswithfiniteelementmethod．Nacellechassisnotonlysuppodstheshaft，pnncipalshaftbearingseat，gearbox，generatorandlargemovingcomponent，butalsocomesundertheinfluenceofaroundairresistance．Thispaperusesthefiniteelementsoftwaretoan

4、alyzethestaticstrength．naturalfrequencyandvibrationmodeandchecksthestrengthagainstthedemandofmaterialstrength，whichprovidessci—entificbasisforthefuturedesign．Keywords：windturbine；nacelechassis；stress；strength建模时删去了圆角、倒角及不影响结构的零件以提高运算0引言速度。除底盘的建模外，考虑到主轴、增速箱、发电机质量较大，分别在其重心位置建

5、立假体，并视为远程质量作用机舱底盘是风力发电机组中的重要组成部分⋯，下于底盘上。图1为风力发电机机舱底盘的有限元模型。面连接着塔架，上面支撑着叶轮、传动系统、发电机等很多重要零部件，前端还受到空气对风轮的气动推力，中间受到增速箱和发电机的大扭矩作用，周围受到空气对机舱罩的气动阻力。随着风力发电机的日益大型化的趋势，底盘需要承载的部件越来越多，大型风机机舱底盘需要承载的载荷往往在百吨以上，又由于机舱底盘的结构复杂，载荷工况多变，底盘结构的合理性将直接影响到整机的性能，因此底盘的设计需要考虑其是否具有足够的强度及刚度。由于采用传统的力学方法无法计

6、算得出有关于底盘受力和变形的全面及准确的结果，不利于后续的优化设计，因此，本文采用有限元的方法对3Mw风力发电机的机舱底盘进行静强度及模态分析，并得出相关结论，为结图1机舱底盘的有限元模型构优化设计奠定基础。1．2材料特性1有限元模型的建立及设置机舱底盘分为前底盘和后底盘两段结构，中间通过螺栓连接，由于先前进行过螺栓的强度校核，证明其满足强度1．1有限元模型的建立要求，因此连接结构可以忽略，并在分析中默认前后底盘为本文采用SolidWorks软件对机舱底盘进行实体建模，一体进行分析，这样可以减少分析计算的工作量，且不影响并通过simulati

7、on模块进行网格划分及有限元分析。实体分析结果。机舱前底盘为铸造件，材料为球磨铸铁作者简介：刘东博(1984一)，男，吉林敦化人，沈阳工业大学硕士研究生，从事机械制造中的CAD／CAM方面的学习研究。MachineBuilding口Automation，Jun2011，40(3)：153～155·153··电气技术与自动化·刘东博，等·3MW风力发电机机舱底盘的静强度及模态分析GGG40．3，后部分为焊接件，材料为合金钢Q345一D。在这种风况条件下作用在轮毂中心的力和力矩，并利用静力等效原则等效到主轴端面上。轮毂坐标系如图22受力分析及载荷

8、计算所示。对于机舱的气动阻力则平均加在机舱罩的各个支撑点上。使用风力机气动载荷分析软件计算各种极端工况条件下底盘所受载荷，分别将各极端载荷施加到机舱底座有限元模型上