大兆瓦风电制动器闸片和制动盘摩擦-热-振动耦合仿真研究

发布时间：2020-03-30 22:59

【摘要】：随着风力发电技术的发展,风电制动器被越来越多的研究。制动盘/闸片作为盘式制动器组成的关键部件,在制动过程中的变化对制动的稳定性和安全性有非常重要的影响。大兆瓦风电制动器的实际制动是一个包括温度场、应力场和振动的复杂耦合过程。本文在盘式制动器热-结构耦合基础上建立大兆瓦风电制动器摩擦-热-振动耦合模型并进行研究,主要的研究工作如下:(1)根据大兆瓦风电制动器的结构组成和制动过程中出现的振动现象,对制动弹簧的固有频率和载荷-位移进行计算,验证振动形式,并在此基础上,根据能量守恒定律,对制动闸片受振动影响后的受力进行分析,综合考虑制动器的实际尺寸和制动过程中的形变量大小,提出制动闸片上振动耦合制动力的表达形式。(2)以热-结构耦合相关理论和方法为基础,考虑制动过程中振动的影响,引入振动耦合制动力,建立大兆瓦风电制动器摩擦-热-振动耦合有限元分析模型,将分析结果与热-结构耦合分析结果对比,发现考虑振动因素影响后,加剧了制动过程的不稳定,通过与制动器惯性试验台架测量结果进行对比,验证了有限元模型建立的正确性。(3)采用等间距方法选择初始制动压力分别为13000N、17000N、21000N,制动盘初始转速分别为800rmp、1000rmp、1200rmp,分析不同制动工况对制动效能的影响。结果表明,制动闸片摩擦区域温度场呈圆弧环形阶梯分布,且温度最大值出现在摩擦界面入口处,制动盘摩擦区域周向方向上温度值以制动盘和制动闸片接触位置开始逆时针方向递减,温度场呈环状分布且在径向方向上产生明显的温度梯度。对比不同工况,结果表明,增大初始制动压力会加剧制动闸片和制动盘温度场和应力场分布不均匀现象,增大初始制动盘转速,会使制动闸片和制动盘的温度场及应力场分布变得均匀。本文对大兆瓦风电制动器制动过程摩擦-热-振动耦合分析,揭示了考虑振动影响后高速重载工况下制动盘/闸片的温度和应力值变化以及摩擦材料热变形规律,分析结果为高性能风电制动器设计提供了理论依据。
【图文】：

风力发电机组

图１．１风力发电机组逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋ｗｉｎｄ邋ｔｕｒｂｉｎｅ逡逑图１．１分别为海上和陆上风电机组，随着风电产业发展，风力发电机组正在朝安全逡逑稳定性更高的大兆瓦级别发展［２］。其中风机制动系统是保障发电机组在风速过载和停机逡逑故障检查解决的重要组成。风电制动系统分为两类，一类是空气制动，通过改变风机叶逡逑片形状和角度增大空气阻力实现风机减速；另一类是机械制动，通过给制动闸片施加压逡逑力，利用制动闸片和制动盘之间摩擦接触使风机减速。正常制动工况下需要两种制动方逡逑式配合完成，先通过空气制动降低风机转速，然后通过机械制动停机，但是在紧急制动逡逑＇逦工况下，需要两种制动方式同时工作，其中机械制动作用更为重要。大兆瓦风电制动器逡逑机械制动装置分为两类：一类是定钳盘式，另一类是浮钳盘式。其中浮钳盘式通过在两逡逑个闸片表面施加制动力对称制动，且制动过程中产生的摩擦热容易冷却，，制动材料变形逡逑量小

钳盘,制动器

（ａ）海上风电机组逦（ｂ）陆上风电机组逡逑图１．１风力发电机组逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋ｗｉｎｄ邋ｔｕｒｂｉｎｅ逡逑图１．１分别为海上和陆上风电机组，随着风电产业发展，风力发电机组正在朝安全逡逑稳定性更高的大兆瓦级别发展［２］。其中风机制动系统是保障发电机组在风速过载和停机逡逑故障检查解决的重要组成。风电制动系统分为两类，一类是空气制动，通过改变风机叶逡逑片形状和角度增大空气阻力实现风机减速；另一类是机械制动，通过给制动闸片施加压逡逑力，利用制动闸片和制动盘之间摩擦接触使风机减速。正常制动工况下需要两种制动方逡逑式配合完成，先通过空气制动降低风机转速，然后通过机械制动停机，但是在紧急制动逡逑＇逦工况下，需要两种制动方式同时工作，其中机械制动作用更为重要。大兆瓦风电制动器逡逑机械制动装置分为两类：一类是定钳盘式，另一类是浮钳盘式。其中浮钳盘式通过在两逡逑个闸片表面施加制动力对称制动
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM315

【参考文献】