风机传动链中主要零部件疲劳寿命研究.pdfVIP

  主题 4 ：风电零部件设计与制造      风机传动链中主要零部件疲劳寿命研究 华青松,于天龙,鲍艳秋 大连重工·起重集团 摘要：风机传动链中的零部件在复杂载荷的作用下要达到20年的设计疲劳寿命。本文以轮毂为 例，建立了轮毂的仿真模型，根据正应力叠加和雨流计数原理，通过优化应力计算，求得轮毂 的Markov应力矩阵。同时根据材料的机械性能推算材料的疲劳极限。在此基础上计算轮毂的疲 劳损伤，并根据计算结果对轮毂进行优化设计，使其达到疲劳寿命设计要求。 关键词：时间序列，疲劳寿命，仿真，雨流计数，优化设计 Fatigue Stress of Main Components in Wind Turbine Drivetrain Hua Qingsong , Yu Tianlong, Bao Yanqiu DHI⋅DCW Group Co., Ltd., Abstract: The main components in the drivetrain of a wind turbine must have a design fatigue life longer than 20 years under complex time series. In this paper the rotor hub in the drivetrain is taken as an example and modeled for the FE-Simulation. The stresses on the hub under time series are then superposed and rainflow counted. With the rainflow results the fatigue life of the rotor hub would be calculated and based on the fatigue life calculation, the hub would be optimized. Key words: Time series, fatigue life, simulation, rainflow count, design optimization 引言 近年来，随着国内外风电行业的开发重心向大功率、海上风力发电机的转移，对风机的可靠性 设计，尤其是其传动链主要零部件的可靠性要求越来越高。由于风机处于相对苛刻的工作环境中， 承受的载荷受到诸多因素影响，并且伴随风机运转过程的振动，使得风力发电机组疲劳问题变得非 常复杂。因此在大型风机的设计阶段对传动链中关键零部件，比如桨叶，轮毂，主机架以及齿轮箱 等零部件进行疲劳设计与优化就成为必然。 1 风机传动链上的疲劳载荷 风机运行过程中其零部件承受的载荷分为确定性载荷与随机载荷，确定性载荷又分为稳态载荷、 周期载荷和瞬态载荷。疲劳载荷是指造成风机零部件疲劳破坏的变化载荷。随着计算科学和计算机 技术的飞速发展，现今已能对大型风机的全年的运作状态进行动态仿真。通过仿真可以得到风机在 各种条件和状态下载荷的时间序列。这些时间序列是进行风机设计与计算的基础。图1显示了在某 个工况下作用于风机轮毂中心的弯矩载荷Mx、My和Mz的时间序列。由图可知，这些载荷的大小和方 向随时间的变化是不规则的。   主题 4 ：风电零部件设设计与制造      图 1：风机轮毂坐坐标系以及仿仿真弯矩载荷荷的时间序列 2 材料料及零部件件的疲劳极极限 在风风机传动链的的设计过程中中，零部件的的疲劳极限是是进行零部件件疲劳寿命的必要参数。这这种极限 值既可以以通过材料的的疲劳极限来来评估，也可可以通过对零零件进行实验验来获得。后者对试件的一一致性要 求较高，同时需要一一定的成本和和时间。通常常都采用根据据材料标准试试样的疲劳极限来推导零件件的疲劳 极限，并并且考虑各种种影响零件疲疲劳极限的因因素，比如零零件表面光洁洁度，加工质