大型风力机叶根载荷特性及联接设计研究

发布时间：2020-02-11 07:00

【摘要】：通过对空间离散点风的特性进行分析，利用风模拟器得到较为真实的三维风模型。通过参数建模方法获得1.5MW风力发电机的叶片模型，对其加载轮毂高度风模型并计算载荷。考虑到风力机运行工况范围较广，选取典型风况进行载荷计算。总结分析了叶片各截面及叶根各方向的载荷分布及规律，以风场试验数据对比验证计算结果的准确性。由此得出叶根处承载较大，易发生叶根断裂失效，这与现场的统计数据是一致的。因此，对叶根处联接失效成因进行深入研究，并在此基础上，对原联接标准螺栓进行改进设计并利用有限元分析方法验证其可行性。主要包括：风文件的生成、风模型的建立、三维风的模拟，叶片载荷的计算及载荷分布研究，叶根载荷特性研究，以试验数据对比验证仿真结果的准确性；现场叶根联接断裂失效分析，设计小锥度螺纹，验证新型螺栓。 根据三维风模拟理论。利用TurbSim对高度为80m/s，平均风速为11.5m/s的湍流风进行模拟，并生成风文件。对风力发电机的叶片进行了坐标系的确定，并对风力机叶片载荷的来源进行了分类，对风力机的主要载荷进行了确定。基于Blade软件，输入仿真风文件进行叶片载荷的仿真模拟计算，并对正常风况和极端风况输出载荷谱对叶片及叶根的载荷特性进行分析。 对叶片强度试验方案作了简单的阐述，对各工况应变测试点布置及载荷的加载方法进行了说明，各工况试验数据与通过Bladed软件算得的理论值进行对比分析，以验证软件算得的准确性、可靠性。 基于叶根载荷的复杂性，且叶根螺栓连接在实际运行过程中出现的严重失效，对1.5MW风力发电机叶根联接的螺栓的失效类型进行分类，通过对叶片叶根螺栓作断裂螺栓特征分析及断口信息分析研究，在理解螺栓失效的原因的基础上，重新设计了一款小锥度新型的高强度螺栓，以达到降低螺纹啮合第一扣螺纹根部的应力集中，提高叶根联接的可靠性。 最后，将设计的新型螺栓与原有的螺栓进行有限元分析对比，验证新型螺栓的合理性、可靠性。
【图文】：

图 1-2 叶根螺栓联接 图 1-3 叶根螺栓断裂单就螺栓联接技术而言是一门成熟的技术，但对应用于风力发电机组这一典型的疲劳机的螺栓联接分析研究目前还比较少。同济大学马人乐等[9]人对塔筒反向平衡法兰的螺栓联接进行了有限元分析，该分析考虑了弯矩载荷对螺栓的影响，高强度螺栓施工使用的是液压张拉器张拉反向平衡法兰的螺栓，螺栓预紧力施加比较准确，螺栓承载设计的可靠性较高。重庆大学何玉林等[10]人对风力发电机组轮毂和叶片轴承连联接螺栓进行了有限元分析，该分析仅在较少工况下对螺栓、轮毂和轴承所受应力进行了分析。李军等人[11]对风力机塔筒法兰螺栓连接组，在机组启动、正常运行和极端湍流风等三种工况下进行了接触有限元分析，，并且得到了每个高强度螺栓的最大应力值。一般情况下，螺栓的强度是由受拉螺栓联接的强度决定的，螺栓的强度主要包括了静强度和疲劳强度。为了保证螺栓联接既不会在最大载荷下发生静强度断裂，也不会在循环载荷下发生疲劳破坏，就必须对螺栓联接进行静强度和疲劳强度校核。郑永利等人[12]在考

图 1-2 叶根螺栓联接 图 1-3 叶根螺栓断裂单就螺栓联接技术而言是一门成熟的技术，但对应用于风力发电机组这一典型的疲劳机的螺栓联接分析研究目前还比较少。同济大学马人乐等[9]人对塔筒反向平衡法兰的螺栓联接进行了有限元分析，该分析考虑了弯矩载荷对螺栓的影响，高强度螺栓施工使用的是液压张拉器张拉反向平衡法兰的螺栓，螺栓预紧力施加比较准确，螺栓承载设计的可靠性较高。重庆大学何玉林等[10]人对风力发电机组轮毂和叶片轴承连联接螺栓进行了有限元分析，该分析仅在较少工况下对螺栓、轮毂和轴承所受应力进行了分析。李军等人[11]对风力机塔筒法兰螺栓连接组，在机组启动、正常运行和极端湍流风等三种工况下进行了接触有限元分析，并且得到了每个高强度螺栓的最大应力值。一般情况下，螺栓的强度是由受拉螺栓联接的强度决定的，螺栓的强度主要包括了静强度和疲劳强度。为了保证螺栓联接既不会在最大载荷下发生静强度断裂，也不会在循环载荷下发生疲劳破坏，就必须对螺栓联接进行静强度和疲劳强度校核。郑永利等人[12]在考
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH131.3

【引证文献】

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本文编号：2578405