极端风速下风机主轴承动态特性分析

发布时间：2020-10-12 20:12

　　 风机将风能最大限度地转化为人类可使用的能源,用以缓解能源短缺问题。主轴承作为风机传动系统关键部件,吸收大部分叶轮气动载荷。极端风速下风机的运行状态突然转变,主轴承的内部动态特性发生显著变化,对风机传动系统的传动效率、安全性与可靠性造成威胁。本文以兆瓦级风力发电机主轴承作为研究对象,对极端风速下主轴承内部结构的动态特性展开分析。首先,利用概率密度函数结合仿真软件对极端风况进行模拟,得到极端风速载荷曲线。基于贝茨理论及叶素动量定理对极端风速载荷下的风机主轴承受载状况进行分析,将复杂的风速载荷进行分解。其次,基于滚动轴承有限元模态分析的基本理论,对主轴承振动状态进行分析,建立风机主轴承有限元模型。分别对自由状态下以及实际工作约束状态下的风机主轴承模态进行分析,结果表明约束对主轴承的整体模态影响很大,为主轴承的动态特性分析提供依据。最后,在模态分析的基础之上,利用动力学分析软件进一步对风机主轴承进行动态特性分析。分别对极端风速下内、外圈滚道、滚动体等效应力的变化规律进行分析,主轴承外圈滚道在交变载荷作用下最易发生疲劳破坏。分析不同转速下风机主轴承滚动体节点单元等效应力变化规律,并与极端风速下主轴承滚动体节点单元的等效应力作对比,研究主轴转速对于风机主轴承动态特性的影响,转速的增大对于滚动体与外圈等效应力值影响最大。对比分析了正常风速与极端风速两种工况下风机主轴承结构内部的动态特性变化规律,结果表明极端风速下主轴承振动加剧,滚子在转速突变位置易发生打滑现象。本文利用有限元分析方法对极端风速下风机动态特性进行研究,弥补了理论计算对于实际工况的忽略,为风机主轴承的优化设计与故障诊断提供理论依据,对工程实际应用具有指导意义。
【学位单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH133.3;TM315
【部分图文】：

图 1.1 2006 年至 2016 年中国新增和累计风电装机容量Fig. 1.1 From 2006 to 2016 the total installed capacity of wind power in China前，风力发电技术更加注重提升容量，针对变桨距变速恒频、双馈直驱化研究也越来越多。在海洋发电方法的改进上，我国首先从国外引入优发电设备与高级人才，不断地扩大海洋发电项目规模。从 2008 年到 20里我国的海洋发电装机容量由原本的 1.5MW 上升为 1014.68MW。随后 洋发电机组较之前多了154台，装机容量也提升至59万千瓦，比往年高出到 2016 年我国海上风电新增和累计装机容量数据（由中国可再生能源学员会提供）如图 1.2 所示。

图 1.1 2006 年至 2016 年中国新增和累计风电装机容量Fig. 1.1 From 2006 to 2016 the total installed capacity of wind power in China，风力发电技术更加注重提升容量，针对变桨距变速恒频、双馈直研究也越来越多。在海洋发电方法的改进上，我国首先从国外引入电设备与高级人才，不断地扩大海洋发电项目规模。从 2008 年到我国的海洋发电装机容量由原本的 1.5MW 上升为 1014.68MW。随发电机组较之前多了154台，装机容量也提升至59万千瓦，比往年高 2016 年我国海上风电新增和累计装机容量数据（由中国可再生能源会提供）如图 1.2 所示。

图 1.3 风力发电机工作原理图Fig. 1.3 Working principle diagram of wind turbine主轴承作为风力发电机传动系统的关键部件其作用不仅是将动力传输给齿轮起到承载主轴的作用。主轴承所受的力主要包括径向力与轴向力，轮毂组件的之为径向力。风通过传动系统传递给主轴的力，称之为轴向力[7]。主轴承的作用分担并吸取绝大多数有害的负载与弯矩，高效的将有益的转矩输出到核心发电。因为风载、风向的时时改变、风速湍流的影响，会引起主轴或多或少的弯曲，要求主轴即使弯曲倾斜也可以正常转动，因此要求风力发电机主轴承具有良心性能，可以承受径向载荷及轴向载荷的共同作用[8]。一般风力发电机选用双列调心滚子轴承作为主轴承。双列调心滚子轴承为球轴承，其主要特点是球面滚子与弧面滚道。风机主轴承在安装时，外圈用轴承紧，图 1.4 是风机主轴承安装与轴承座上的示意图。
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 朱锐答;;浅谈风力发电及其技术发展[J];科学技术创新;2017年34期

2 吴翔;;我国风力发电现状与技术发展趋势[J];中国战略新兴产业;2017年44期

3 龙永杰;;基于深沟球轴承的故障诊断与模态分析[J];机械工程与自动化;2017年04期

4 张海锋;;海上风力发电技术及研究[J];资源节约与环保;2017年06期

5 王艳春;;风力发电系统技术的发展综述[J];信息记录材料;2017年05期

6 王珊珊;;风力发电技术现状及发展趋势[J];电子技术与软件工程;2017年04期

7 张林伟;梁湿;杨峰;严晓林;;极端阵风条件下大型风力机叶片极限载荷研究[J];太阳能学报;2016年06期

8 赵英庆;;风力发电机原理及风力发电技术[J];科技资讯;2015年25期

9 吉博文;景敏卿;刘恒;王风涛;;基于ADAMS的球轴承保持架动力学仿真[J];机械制造与自动化;2014年05期

10 陈开源;李柏青;晏梦雪;王颖;陈文升;;基于Hypermesh的有限元网格处理优化[J];轻工科技;2014年10期

相关硕士学位论文 前10条

1 齐智;航空发动机轴承有限元分析及故障诊断[D];西安工业大学;2017年

2 祁少阳;兆瓦级直驱风力发电机主轴轴承故障诊断方法研究[D];太原理工大学;2016年

3 池冰;航空发动机滚动轴承动力学模型分析[D];哈尔滨工业大学;2016年

4 张娟;风电机组主轴轴承的动态响应计算方法研究[D];兰州理工大学;2016年

5 董晓;汽车轮毂双列角接触球轴承动力学仿真分析[D];河南科技大学;2014年

6 袁仁炼;球轴承—转子系统多体动力学分析[D];昆明理工大学;2014年

7 杜占江;基于有限元和模态分析的滚动轴承振动分析[D];北京邮电大学;2014年

8 翟保超;大型风电机组主轴轴承故障分析及疲劳寿命数值模拟[D];燕山大学;2011年

9 周晴;风力发电机主轴轴承的优化设计及可靠性研究[D];河南科技大学;2011年

10 崔波;基于有限元的滚动轴承动态仿真方法研究[D];太原理工大学;2010年

本文编号：2838219