极端环境对mw级风力发电机轮毂特性影响分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com第1期(总第194期)机械工程与自动化NO．12016年2月MECHANICALENGINEERING&AUT0MAT10NFeb．文章编号：1672—6413(2016)01—0107—03极端环境对MW级风力发电机轮毂特性的影响分析王耀辉，祁文军(新疆大学机械／T_程学院，新疆乌鲁木齐830008)摘要：利用UG软件对2MW风力发电机轮毂进行建模，再利用ANSYS软件对轮毂在极端天气下所受载荷进行分析，除了考虑叶片对轮毂的力载荷和惯性载荷还考虑了极端天气对轮毂特性影响，主要极端

2、天包括低温、高温和极大风速。经过模拟分析发现，高温、低温和极大风速载荷对轮毂的受力影响较大，尤其是极低温度时，在轮毂与主轴接触的区域受力已经超过了轮毂的抗拉强度。关键词：轮毂；低温；高温；极大风速；应力；风力发电机中图分类号：TK83：TP391．7文献标识码：A0引言荷，主要有叶片的空气动力载荷、重力载荷和惯性载荷。MW级风力发电机的轮毂是连接主轴和叶片的2．1空气动力载荷的计算[3唯一重要部件，其作用就是直接将叶片的转矩传递给叶素受力分析图如图2所示。在风轮半径r处取变速箱，起到能量转化的作用，是直接将风能转化为

3、机一长度为dr的叶素Esl，dF为叶素在相对速度∞的情械能的重要零件。风力发电机在工作过程中，轮毂受况下所受的气动力，将其分解为垂直于相对速度的升到来自叶片的各种力载荷，如自身重力、惯性力等[J]。力dL和平行于相对速度的阻力dD，即：但是最近几年，由于环境的改变，一些极端天气频繁出dL一÷pCloJ。dr．(1)现，尤其在我国西北地区，很容易出现极高温度和极低温度这样的极端天气，因此在轮毂设计过程中不得不dD=1．pC。dr．(2)考虑温度对轮毂性能的影响。目前在设计轮毂过程中其中：∞为气流对叶素的相对速度，m／s

4、；P为空气密最常用的分析方法是有限元法和模态分析法。国内对度，kg／m。；z为距转轴r处的翼型弦长，m；C，和C分风力发电机叶片的设计与性能计算能力方面已经有较别为升力系数和阻力系数，值由所选翼型决定。成熟的方法和工具，而且在风电机的关键零部件中，增速箱系统、发电机机组、塔架系统已经实现了批量生dF产，技术比较成熟。但是对于大型轮毂的设计一般就～dF．／／dL采用按比例放大法，再利用ANSYS软件对轮毂强度进行校核，这样随着发电机的大型化，轮毂的质量越来越大，给安装带来很大的麻烦，并且在设计过程中只考一Ⅱ旋转虑到叶片

5、、主轴、轮毂自身重力对轮毂的静载荷和交变平面载荷，没有考虑极端环境(如高温、低温、极大风载荷／等)对轮毂强度及疲劳寿命的影响。本文对2Mw风力发电机轮毂进行建模分析，利用ANSYS软件模拟分图1风力发电机轮毂的三维模型图2叶素受力分析图析了极端天气对轮毂性能的影响，为轮毂结构合理设计同理可以得到每个叶素的轴向力clFo和切向力dF．：提供依据。d一zl(Cc。sI+CdSinI)dr．(3)1利用UG软件对轮毂建模[2]风力发电机轮毂的三维模型如图1所示。dF一zl(CfSin卜一cdc。sI)dr．(4)2对轮毂进

6、行受力分析在工作过程中轮毂接受了叶片给它的所有力载其中：J为来流角，rad。风轮转矩dT由dF产生，计收稿日期：2015—03—13；修订日期：2015—12—05作者简介：王耀辉(1988一)，男，陕西宝鸡人，在读硕士研究生，研究方向：材料加工工程。学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com