一种风力发电机组后机架的强度评估方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种风力发电机组后机架的强度评估方法及系统，方法包括：S1.构建风力发电机组的有限元模型，所述有限元模型中，后机架和/或立柱采用壳单元模型；S2.在所述有限元模型中配置施加在所述后机架上载荷边界，所述载荷边界包括重力载荷和惯性载荷；S3.基于所述有限元模型，评估所述风力发电机组后机架的强度。具有可准确反映风力发电机组后机架的载荷情况，从而可以准确的对后机架的强度进行评估，评估结果可靠性高等优点。

A strength evaluation method and system for the rear frame of wind turbine

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机组后机架的强度评估方法及系统
本专利技术涉及风力发电机组后机架评估
，尤其涉及一种风力发电机组后机架的强度评估方法。
技术介绍
后机架是风力发电机组的关键机械结构件之一，在风机运行的过程中要承受复杂交变的惯性载荷，因此必须要有足够的强度和刚度，才能保证风机运行的平稳性和可靠性。由于后机架的结构较为复杂，工程算法对此复杂结构的计算精度较低，为了保证高的计算精度，目前在对后机架进行强度和刚度计算时，通常采用有限元法，此方法不仅缩短研发设计周期，提高产品可靠性，且可减少设计成本。但在采用有限元法进行后机架的强度分析时，分析模型边界加载的正确与否，将直接决定了分析结果的准确性。目前针对后机架的计算也有相关的论文，但所发表的论文中虽然提到了后机架的计算方法，但是对后机架受力状态及边界描述不清晰，载荷边界不合理，且均未考虑后机架的刚度设计评估方法及其对风机运行可靠性的影响。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种可准确反映风力发电机组后机架的载荷情况，从而可以准确的对后机架的强度进行评估，评估结果可靠性高的风力发电机组后机架的强度评估方法及系统。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种风力发电机组后机架的强度评估方法，包括如下步骤：S1.构建风力发电机组的有限元模型，所述有限元模型中，后机架和/或立柱采用壳单元模型；S2.在所述有限元模型中配置施加在所述后机架上载荷边界，所述载荷边界包括重力载荷和惯性载荷；S3.基于所述有限元模型，评估所述风力发电机组后机架的强度。进一步地，步骤S1中，还包括为所述壳单元模型配置厚度、材料属性特征；所述有限元模型中机舱罩、控制柜、散热器、发电机采用质量单元模型。进一步地，步骤S2中所述重力载荷包括由机舱罩、控制柜、散热器、发电机的重力而产生的重力载荷；所述惯性载荷包括：机舱在塔顶坐标系下沿X坐标轴方向的加速度载荷，和/或机舱在塔顶坐标系下沿Y坐标轴方向的加速度载荷，和/或机舱在塔顶坐标系下绕X坐标轴的角加速度载荷，和/或机舱在塔顶坐标系下绕Y坐标轴的角加速度载荷，和/或机舱在塔顶坐标系下绕Z坐标轴的角加速度载荷。进一步地，在所述步骤S2中，还包括对所述有限元模型中前机架的底部三个平动方向的自由度设置约束。进一步地，在所述步骤S2中，还包括对所述有限元模型中前机架和后机架之间设置绑定约束。进一步地，步骤S3中所述评估所述风力发电机组后机架的强度包括对后机架静强度的评估：在所述重力载荷和所述惯性载荷的条件下，分析计算后机架的实际受力状态，并确定后机架的范式等效应力，根据后机架材料的屈服强度来判断所述后机架的静强度是否满足设计要求。进一步地，步骤S3中所述评估所述风力发电机组后机架的强度包括对后机架母材的疲劳强度的评估：将后机架的载荷历程转化为应力历程，并根据应力历程计算母材的疲劳损伤值。进一步地，步骤S3中所述评估所述风力发电机组后机架的强度包括对后机架刚度的评估：根据所述有限元模型，通过模态叠加法计算后机架的各阶频率，当后机架的局部模态频率落于预设的第一频率范围时，判断后机架需要加强；当后机架的整体模态频率落于预设的第二频率范围时，判断后机架需要进行系统优化。一种风力发电机组后机架的强度评估系统，包括建模子系统和评估子系统；所述建模子系统用于构建风力发电机组的有限元模型，所述有限元模型中，后机架和/或立柱采用壳单元模型；在所述有限元模型中配置施加在所述后机架上载荷边界，所述载荷边界包括重力载荷和惯性载荷；所述评估子系统用于基于所述有限元模型，评估所述风力发电机组后机架的强度。进一步地，所述建模子系统还用于为所述壳单元模型配置厚度、材料属性特征；还用于配置所述有限元模型中机舱罩、控制柜、散热器、发电机为质量单元模型。进一步地，所述建模子系统配置的重力载荷包括由机舱罩、控制柜、散热器、发电机的重力而产生的重力载荷；所述建模子系统配置的惯性载荷包括：机舱在塔顶坐标系下沿X坐标轴方向的加速度载荷，和/或机舱在塔顶坐标系下沿Y坐标轴方向的加速度载荷，和/或机舱在塔顶坐标系下绕X坐标轴的角加速度载荷，和/或机舱在塔顶坐标系下绕Y坐标轴的角加速度载荷，和/或机舱在塔顶坐标系下绕Z坐标轴的角加速度载荷。进一步地，所述建模子系统还用于对所述有限元模型中前机架的底部三个平动方向的自由度设置约束；对所述有限元模型中前机架和后机架之间设置绑定约束。进一步地，所述评估子系统评估所述风力发电机组后机架的强度包括对后机架静强度的评估：在所述重力载荷和所述惯性载荷的条件下，分析计算后机架的实际受力状态，并确定后机架的范式等效应力，根据后机架材料的屈服强度来判断所述后机架的静强度是否满足设计要求。进一步地，所述评估子系统评估所述风力发电机组后机架的强度包括对后机架母材的疲劳强度的评估：对后机架的母材，将后机架的载荷历程转化为应力历程，并根据应力历程计算母材的疲劳损伤值。进一步地，所述评估子系统评估所述风力发电机组后机架的强度包括对后机架刚度的评估：具体用于根据所述有限元模型，通过模态叠加法计算后机架的各阶频率，当后机架的局部模态频率落于预设的第一频率范围时，判断后机架需要加强；当后机架的整体模态频率落于预设的第二频率范围时，判断后机架需要进行系统优化。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术在建立风力发电机组有限元模型时，充分考虑了后机架所受到的重力载荷和在塔顶坐标系下的多个维度的平动加速度载荷和角加速度载荷，能够更准确的模拟后机架的实际受力状态，以及准确的模拟后机架强度的结构其及重量，从而对后机架的评估更架准确、可靠；克服了对风力发电机组后机架强度的评估的现有技术中因有限元模型中所使用的载荷均为静止轮毂坐标下的极限载荷，和后机架的实际受力特点有偏差，造成评估结果不准确，可靠性不高的缺陷。2、本专利技术对后机架刚度的评估时充分考虑了后机架的频率对风力发电机组的影响，通过对后机架进行模态分析，对后机架的频率从系统的角度进行评估，从而在局部和全局两个维度准确的评判后机架的刚度是否满足风力发电机组设计的要求。附图说明图1为本专利技术具体实施例的流程示意图。图2为本专利技术具体实施例风力发电机组结构示意图。图例说明：1、机舱罩；2、前机架；3、后机架；4、发电机；5、散热器；6、机舱罩弹性支撑；7、立柱；8、控制柜。具体实施方式以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本专利技术作进一步描述，但并不因此而限制本专利技术的保护范围。如图2所示，风力发电机组包括机舱罩、前机架、后机架、发电机、散热器、机舱罩弹性支撑、立柱、控制柜等部件，其中后机架是风力发电机组的关键机械结构件，舱罩、控制柜、散热器、发电机等部件都是直接或间接安装在后机架，因此，后机架的稳定性和可靠性直接关系到风力发电机组运行的稳定性和可靠性。如图1所示，本实施例的风力发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力发电机组后机架的强度评估方法，其特征在于：/nS1.构建风力发电机组的有限元模型，所述有限元模型中，后机架和/或立柱采用壳单元模型；/nS2.在所述有限元模型中配置施加在所述后机架上载荷边界，所述载荷边界包括重力载荷和惯性载荷；/nS3.基于所述有限元模型，评估所述风力发电机组后机架的强度。/n

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组后机架的强度评估方法，其特征在于：
S1.构建风力发电机组的有限元模型，所述有限元模型中，后机架和/或立柱采用壳单元模型；
S2.在所述有限元模型中配置施加在所述后机架上载荷边界，所述载荷边界包括重力载荷和惯性载荷；
S3.基于所述有限元模型，评估所述风力发电机组后机架的强度。


2.根据权利要求1所述的风力发电机组后机架的强度评估方法，其特征在于：步骤S1中，还包括为所述壳单元模型配置厚度、材料属性特征；所述有限元模型中机舱罩、控制柜、散热器、发电机采用质量单元模型。


3.根据权利要求2所述的风力发电机组后机架的强度评估方法，其特征在于：步骤S2中所述重力载荷包括由机舱罩、控制柜、散热器、发电机的重力而产生的重力载荷；所述惯性载荷包括：机舱在塔顶坐标系下沿X坐标轴方向的加速度载荷，和/或机舱在塔顶坐标系下沿Y坐标轴方向的加速度载荷，和/或机舱在塔顶坐标系下绕X坐标轴的角加速度载荷，和/或机舱在塔顶坐标系下绕Y坐标轴的角加速度载荷，和/或机舱在塔顶坐标系下绕Z坐标轴的角加速度载荷。


4.根据权利要求2所述的风力发电机组后机架的强度评估方法，其特征在于：在所述步骤S2中，还包括对所述有限元模型中前机架的底部三个平动方向的自由度设置约束。


5.根据权利要求4所述的风力发电机组后机架的强度评估方法，其特征在于：在所述步骤S2中，还包括对所述有限元模型中前机架和后机架之间设置绑定约束。


6.根据权利要求1至5任一项所述的风力发电机组后机架的强度评估方法，其特征在于：步骤S3中所述评估所述风力发电机组后机架的强度包括对后机架静强度的评估：在所述重力载荷和所述惯性载荷的条件下，分析计算后机架的实际受力状态，并确定后机架的范式等效应力，根据后机架材料的屈服强度来判断所述后机架的静强度是否满足设计要求。


7.根据权利要求1至5任一项所述的风力发电机组后机架的强度评估方法，其特征在于：步骤S3中所述评估所述风力发电机组后机架的强度包括对后机架母材的疲劳强度的评估：将后机架的载荷历程转化为应力历程，并根据应力历程计算母材的疲劳损伤值。


8.根据权利要求1至5任一项所述的风力发电机组后机架的强度评估方法，其特征在于：步骤S3中所述评估所述风力发电机组后机架的强度包括对后机架刚度的评估：根据所述有限元模型，通过模态叠加法计算后机架的各阶频率，当后机架的局部模态频率落于预设的第一频率范围时，判断后机架需要加强；当后机架的整体模态频率落于预设的第二频率范围时，判断后机架需要进行系统优化。


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【专利技术属性】
技术研发人员：吕杏梅，钟杰，李洲，李秀珍，陆道辉，张述森，巫发明，祝洪波，杨柳，李慧新，蒋红武，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43