風(fēng)機(jī)變槳軸承與輪轂和葉片連接螺栓強(qiáng)度性能的校核方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)機(jī)變槳軸承與輪轂和葉片連接螺栓極限強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度的校核方法，屬于涉及風(fēng)電機(jī)組大型結(jié)構(gòu)螺栓強(qiáng)度性能的校核方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前麗級風(fēng)電機(jī)組多為變速變槳風(fēng)機(jī)，變槳軸承是風(fēng)電機(jī)組的主要部件之一。當(dāng)外部風(fēng)況超出額定風(fēng)速是，電機(jī)通過變槳軸承實施變槳，因此，變槳軸承連接螺栓對變槳軸承的安全運行起到及其關(guān)鍵的作用。變槳軸承連接螺栓是風(fēng)電機(jī)組最重要的連接螺栓之一，一方面是變槳軸承的螺栓將輪轂和變槳軸承外圈連接，另一方面是變槳軸承的螺栓將葉片與變槳軸承內(nèi)圈連接。變槳軸承連接螺栓在風(fēng)機(jī)運行中承受著復(fù)雜的載荷動態(tài)，且由于軸承的非線性影響，常規(guī)的工程算法得到螺栓強(qiáng)度性能的計算精度難以滿足工程使用，因此常用有限元分析法，通過建立有限元模型，求解螺栓的強(qiáng)度性能。
[0003]但是，目前利用有限元建立的螺栓整體模型相對簡單，載荷傳遞的路徑往往不夠完整，使的模型剛度與實際剛度出現(xiàn)差異。在關(guān)于變槳軸承連接螺栓強(qiáng)度性能分析的現(xiàn)有技術(shù)中，如中國專利申請文獻(xiàn)公布號為CN 104688811 A，名稱為《一種風(fēng)電發(fā)電機(jī)組輪轂與變槳軸承連接螺栓計算方法》中，也是利用有限元軟件通過建立模型求解變槳軸承連接螺栓的強(qiáng)度。但是，該專利文獻(xiàn)中對螺栓受力情況分析的不全面，考慮載荷傳遞路徑不夠完整，進(jìn)而得到的強(qiáng)度性能并不準(zhǔn)確，不符合實際工作情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了風(fēng)機(jī)變槳軸承與輪轂和葉片連接螺栓極限強(qiáng)度的校核方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)關(guān)于風(fēng)機(jī)變槳軸承與輪轂和葉片連接螺栓的載荷傳遞路徑不完整，導(dǎo)致計算強(qiáng)度性能不準(zhǔn)確的問題，同時本發(fā)明還提出了風(fēng)機(jī)變槳軸承與輪轂和葉片連接螺栓疲勞強(qiáng)度的校核方法。
[0005]本發(fā)明是通過如下方案予以實現(xiàn)的:
[0006]風(fēng)機(jī)變槳軸承與輪轂和葉片連接螺栓極限強(qiáng)度的校核方法，步驟如下:
[0007]步驟1，利用三維制圖軟件，對風(fēng)機(jī)變槳軸承與輪轂和葉片連接螺栓涉及其載荷傳遞路徑上的設(shè)備的三維幾何模型分別進(jìn)行網(wǎng)格劃分和裝配，代入有限元軟件中建立有限元模型，以實現(xiàn)載荷傳遞路徑完整且與實際相符，上述載荷傳遞路徑上的設(shè)備至少包括:輪轂、葉片的葉根部分、葉片法蘭，變槳軸承的內(nèi)圈、變槳軸承的外圈、變槳軸承與輪轂和葉片連接螺栓；
[0008]步驟2，對模型施加不同工況的載荷，將模型提交給有限元分析軟件進(jìn)行求解，得到風(fēng)機(jī)變槳軸承與輪轂和葉片連接螺栓的極限強(qiáng)度。
[0009]進(jìn)一步的，步驟I所述的三維幾何模型為周期對稱模型，并在周期對稱面上設(shè)置對稱條件，葉片的葉根部分采用各向異性材料，葉片法蘭、變槳軸承與輪轂和葉片連接螺栓、變槳軸承的內(nèi)圈和變槳軸承的外圈采用剛，輪轂采用QT350，變槳軸承的內(nèi)圈和外圈通過LinklO單元來連接，變槳軸承與輪轂和葉片連接螺栓使用solidl86實體單元并施加預(yù)緊力，其螺紋部分與相應(yīng)部件間通過節(jié)點連接。
[0010]進(jìn)一步的，步驟I所述葉片法蘭與葉片的葉根部分之間、葉片法蘭與變槳軸承之間以及變槳軸承和輪轂之間采用摩擦接觸，其余部件之間采用綁定處理。
[0011]進(jìn)一步的，步驟2所述的極限強(qiáng)度中，通過獲取變槳軸承與輪轂和葉片連接螺栓的熱點在最不利極限工況下的Mx，My，F(xiàn)z三個力分量，獲取所述三個力分量的最大拉應(yīng)力，結(jié)合所述的連接螺栓材料的屈服強(qiáng)度求得極限強(qiáng)度。
[0012]風(fēng)機(jī)變槳軸承與輪轂和葉片連接螺栓疲勞強(qiáng)度的校核方法，步驟如下:
[0013]步驟1，利用三維制圖軟件，對風(fēng)機(jī)變槳軸承與輪轂和葉片連接螺栓涉及其載荷傳遞路徑上的設(shè)備的三維幾何模型分別進(jìn)行網(wǎng)格劃分和裝配，代入有限元軟件中建立有限元模型，以實現(xiàn)載荷傳遞路徑完整且與實際相符，上述載荷傳遞路徑上的設(shè)備至少包括:輪轂、葉片的葉根部分、葉片法蘭，變槳軸承的內(nèi)圈、變槳軸承的外圈、變槳軸承與輪轂和葉片連接螺栓；
[0014]步驟2，對模型施加不同工況的載荷，將模型提交給限元分析軟件進(jìn)行求解，得到風(fēng)機(jī)變槳軸承與輪轂和葉片連接螺栓的疲勞強(qiáng)度。
[0015]進(jìn)一步的，步驟I所述的三維幾何模型為周期對稱模型，并在周期對稱面上設(shè)置對稱條件，葉片的葉根部分采用各向異性材料，葉片法蘭、變槳軸承與輪轂和葉片連接螺栓、變槳軸承的內(nèi)圈和變槳軸承的外圈采用剛，輪轂采用QT350，變槳軸承的內(nèi)圈和外圈通過LinklO單元來連接，變槳軸承與輪轂和葉片連接螺栓使用solidl86實體單元并施加預(yù)緊力，其螺紋部分與相應(yīng)部件間通過節(jié)點連接
[0016]進(jìn)一步的，步驟I所述葉片法蘭與葉片的葉根部分之間、葉片法蘭與變槳軸承之間以及變槳軸承和輪轂之間采用摩擦接觸，其余部件之間采用綁定處理。
[0017]進(jìn)一步的，步驟2所述的疲勞強(qiáng)度中，計算變槳軸承與輪轂和葉片連接螺栓在每個載荷水平下各個角度的拉應(yīng)力，建立其載荷-應(yīng)力關(guān)系曲線，結(jié)合載荷譜和材料的S-N曲線得到疲勞強(qiáng)度。
[0018]本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0019]現(xiàn)有技術(shù)中關(guān)于變槳軸承連接螺栓構(gòu)造的有限元模型比較簡單，計算得到的強(qiáng)度性能并不準(zhǔn)確，導(dǎo)致與實際的運行狀況中存在較大的差異。本發(fā)明充分考慮到變槳軸承連接螺栓在運行中的受力情況，加入了葉片法蘭對變槳軸承連接螺栓載荷傳遞的影響，形成了完整的載荷傳遞路徑，使計算得到的連接螺栓的強(qiáng)度性能更加準(zhǔn)確，提高了風(fēng)機(jī)運行的可靠性。
[0020]本發(fā)明在構(gòu)建有限元模型中建立了周期對稱模型，一方面可以更加準(zhǔn)確而又真實的反映變槳軸承連接螺栓的結(jié)構(gòu)，另一方面也可以減少對模型計算的工作量，既節(jié)約了時間成本，也提高了變槳軸承連接螺栓承強(qiáng)度性能的準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明實施例的計算模型示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明實施例的變槳軸承與輪轂連接螺栓部分計算模型示意圖；
[0023]圖3是本發(fā)明實施例的變槳軸承與葉片連接螺栓部分計算模型示意圖；
[0024]圖中:1.葉片的葉根部分，2.葉片法蘭，3.變槳軸承內(nèi)圈，4.變槳軸承外圈，5.輪轂，6.變槳軸承與輪轂連接螺栓，7.變槳軸承與葉片連接螺栓。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0026]風(fēng)機(jī)變槳軸承與輪轂和葉片連接螺栓極限強(qiáng)度的校核方法，步驟如下:
[0027]I)如圖1-3所示，在制圖軟件上(如CAD)上對風(fēng)機(jī)的葉片的葉根部分1、葉片法蘭2、變槳軸承內(nèi)圈3、變槳軸承外圈4、輪轂5、變槳軸承與輪轂連接螺栓6、變槳軸承與葉片連接螺栓7建立周期幾何模型，利用有限元軟件對上述部分分別采用實體單元網(wǎng)格并進(jìn)行裝配，建立有限元模型，該模型的載荷傳遞路徑完整且與實際相符。
[0028]2)對有限元模型的各個部分施加相應(yīng)的屬性，其中，葉片的葉根部分采用各向異性材料，葉片法蘭、變槳軸承與輪轂連接螺栓和葉片連