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2013年10月17日,北京国际风能暨展览会——风能应用与分布式发电论坛。研究能源相关政府单位江宗瀚:自主研发150KW风力发电机结构安全分析。以下是全文:
江宗瀚:大家好!我来自台湾,我们公司主要是研究能源相关的政府单位。今天要跟大家介绍我们公司自主研发的150KW风力发电机结构的安全分析。
报告内容:前言、风机设计负载来源、本研究的重点、结构强度分析、结论
目前国际上针对风力发电机认证需求标准主要都是依据IEC61400系列的规范,主要是规范大型风力发电机的部分。(图)这个表是风力发电机设计等级风类表,我们可以将风机分为1、2、3类,S级是设计者自己设计的规范,可以分为三种A、B、C的三种情况。˙
技术标准:我们设计是上风型三叶片形式,转子是22.8米,额定转速和风速是48RPM值,风是主动控制的,包括Pitch Control范围是0到85度,Yow Control是负180到180度。目前它的叶片制作完成,设计为70%的波纤和30%的碳纤维。( 图)这是骨架制作的部分。
针对结构安全分析,可以依据IEC61400设计标准,设计等级为A,风力发电机在正常发电和异常发电的时候可以根据Focus负载我
(图)这是Hub中心负载,可以拿它做主轴结构分析。右边这个图是叶片根部的极限负载,可以拿来分析Hub和PC结构的分析强度。我们探讨的是主轴、骨架、轮毂等部分。
主轴是将叶片旋转动能连接到齿轮箱带动发电,分析主轴结构强度它的复杂来源是根据极限负载,因为这根主轴是通过径向轴承合主撑轴承支撑,连接齿轮箱带动发电。所以竞相轴承设定为允许转动和带,主推轴承部分只允许转动,分析结果可以发现主轴应力比较大的地方是发生在径向轴承,这个地方是几何结构转折处所以经常有应力变形情况的发生。
骨架结构强度:骨架必须承载所有的风机零组件,它的结构强度相当重要。在设计风机骨架的时候,在Y方向长度比较长导致风机运行的时候变形比较大,如果这个地方变形过大,可能会导致齿轮和风机运转有不对称的情况发生,避免这种情况发生,我们在骨架后端设计了一个梁柱,增强后盲的钢性。
分析骨架负载来源,我们在主轴上设定了竞相轴承、主推轴承合连接器,通过这三个条件将这个反力带到骨架上当做一个负载来源。分析之后发现骨架比较大的应力地方是发生在前端,尤其是靠近竞相轴承的地方。骨架目前制作是用很多板件焊接起来的,所以应力最大的是发生在焊接的地方。骨架最大变形量是发生在骨架最前沿。
轮毂结构强度:它的负载来源可以根据叶片根部的极限负载来看,有三个力量两个方向可以施加在轮毂上面的法兰端,轮毂固定端设定跟主轴连接的那一面。分析结果可以看到轮毂最大应力是发生在颈部这个地方,它跟叶片连接,主要是承受负载的地方,通常应力会在这个地方做集中。轮毂最大变形量也会发生在法轮的面上。
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