湍流风速下风电机组齿轮箱齿轮疲劳分析

发布时间：2017-10-08 14:01

  本文关键词：湍流风速下风电机组齿轮箱齿轮疲劳分析

  更多相关文章： 湍流 风电机组 齿轮传动系统 疲劳损伤 计算方法 SCADA

【摘要】：风力发电作为新能源发电技术的代表,在全球范围内发展规模日益扩大。齿轮箱作为风电机组的关键部件,长期在交变载荷下工作,其内部构件极易因疲劳而损坏。风电机组实际运行中风载荷的随机性和难以预测性增加了齿轮疲劳损伤计算和寿命预测的难度。本文主要针对湍流风速下MW级风电机组齿轮箱进行疲劳分析。主要研究内容包括：首先,建立湍流风速模型和风轮空气动力学模型,研究齿轮传动系统外部激励。其次,建立简化齿轮载荷传动系统模型和纯扭转动力学模型,分别求得不同湍流强度和平均风速作用下齿轮载荷—时间历程,运用雨流计数法处理统计循环载荷,采用Miner线性疲劳累积损伤理论估算齿轮十分钟短期疲劳损伤。然后,采用频谱法估算纯扭转动力学模型基础上的齿轮十分钟短期疲劳损伤,综合对比了采用时域法估算简化齿轮载荷模型、纯扭转动力学齿轮传动系统模型基础上的齿轮疲劳损伤和采用频谱法估算纯扭转动力学模型基础上的齿轮疲劳损伤,探讨了平均风速和湍流强度对齿轮疲劳损伤的影响。结果表明弹性的齿轮传动系统缓冲了由湍流风速引起的外部转矩激励,减轻了外部激励波动对齿轮的刚性冲击,减小了齿轮疲劳损伤。最后,提出了一种将SCADA系统记录的每十分钟低频风速信号重构成高频信号的方法,采用不同的疲劳损伤计算方法计算了在役风电机组在发生行星轮断齿故障前不同时间阶段内的疲劳损伤。结果表明重构出SCADA高频信号,在考虑齿轮传动系统弹性动力学特性基础上运用时域疲劳损伤计算方法估算齿轮疲劳损伤的有效性。本文的研究为风电机组齿轮箱设计阶段通过分析激励与系统动力学行为以达到优化系统参数和结构提供了依据；提出的基于SCADA低频信号重构出高频信号并预测齿轮疲劳损伤为在役风电机组齿轮疲劳寿命监测提供了方法和借鉴。
【关键词】：湍流 风电机组 齿轮传动系统 疲劳损伤 计算方法 SCADA
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景10-12
• 1.2 风电机组疲劳寿命研究现状12-14
• 1.3 本文的来源、意义和研究内容14-16
• 1.3.1 本文来源14
• 1.3.2 本文的研究意义14-15
• 1.3.3 本文研究内容及结构安排15-16
• 2 风电机组齿轮箱疲劳分析理论基础16-24
• 2.1 疲劳载荷统计处理和载荷谱编制16-18
• 2.1.1 疲劳载荷统计处理16-17
• 2.1.2 载荷谱编制17-18
• 2.2 材料疲劳性能18-19
• 2.2.1 S-N曲线18
• 2.2.2 P-S-N曲线18-19
• 2.2.3 P-S-N曲线修正19
• 2.3 疲劳累积损伤理论19-20
• 2.4 频谱方法计算疲劳损伤20-23
• 2.5 本章小结23-24
• 3 风力发电机组基本原理及模型24-32
• 3.1 随机风速模型24-29
• 3.1.1 平均风速25-26
• 3.1.2 脉动风速26
• 3.1.3 湍流模型26-29
• 3.2 空气动力学模型29-31
• 3.3 本章小结31-32
• 4 风电机组齿轮传动系统动力学分析32-48
• 4.1 风电机组齿轮载荷简化模型32-36
• 4.1.1 齿轮传动系统外部激励32-33
• 4.1.2 齿轮应力分析33-36
• 4.2 风电机组齿轮传动系统纯扭转动力学模型36-46
• 4.2.1 系统坐标系37
• 4.2.2 传动系统主要激励分析37-39
• 4.2.3 传动系统各构件之间相对位移39-40
• 4.2.4 传动系统动力学模型求解40
• 4.2.5 风电机组齿轮传动系统振动响应40-43
• 4.2.6 风电机组齿轮传动系统的动态啮合力分析43-45
• 4.2.7 风电机组齿轮齿根弯曲应力分析45-46
• 4.3 本章小结46-48
• 5 齿轮应力统计与疲劳损伤分析48-64
• 5.1 齿轮齿根弯曲应力—时间历程统计48-52
• 5.1.1 简化模型中齿轮应力—时间历程统计48-50
• 5.1.2 动力学模型中齿轮应力—时间历程统计分析50-52
• 5.2 齿轮传动系统疲劳损伤分析52-54
• 5.3 频谱方法计算齿轮传动系统疲劳损伤54-62
• 5.5 本章小结62-64
• 6 SCADA数据分析64-72
• 6.1 数据分析64-66
• 6.2 风速分布统计66-69
• 6.3 计算齿轮疲劳损伤69-71
• 6.4 本章小结71-72
• 7 结论与展望72-74
• 7.1 主要结论72-73
• 7.2 展望73-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-79
• 附录79

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 程国明;郑耘;;对齿轮材料的研究[J];消费导刊;2010年08期

2 М.П.НОВИКОВ ,程┌，

本文编号：994407