风力发电机轮毂强度分析.pdf

求专诉論20a0第27Vol27总第105期
DONGFANG ELECTRIC REYIEW
四们反旦加轮毅强度分前
刘阔李源谭恢村
东方电气集团东方电机有限公司,四川徳阳61800
摘要:风力发电机轮毂是风电机组的重要支部件。本文采用 ANSYS有限元软件针对轮毂在承受单位载荷下的强度分析
进行了研究,重点考察了应力的分布及其变形,针对可能存在破坏的区域进行了深入的考察
关键词:风力发电机;轮穀;FEA;强度分析
中图分类号:TM315
文献标识码;A
文章编号:1001-9006(2013)01-0017-06
The Strength Analysis of Wind-driven Generator Hub
LIU Kuo, L/ Yuan, TAN Hui-cun
Dongfang Electrieal Machinery Co., Ltd.. 618000, Deyang, Sichuan. China)
Abstract: The wind turbine hub is an important supporting component in the whole wind turbine generator unit. In this paper, the
strength analysis of the hub under unit load is implemented using the software ANSYS with the emphasis on the stress distribution and
deformation. For the domain where failure may arise meticulous inspection is conducted
Key words: wind turbine generator; hub; FEA; strength analysis
在风电机组的开发设计中,轮毂把叶片载荷部建立局部坐标系,其z轴与叶片轴向重合,x轴
传递给电机转子,切割磁力线,产生电流。因而,与整体坐标系的x轴同向,y轴由右手定则确定。
叶片的载荷对轮毂的作用很明显,轮毂是否能够
有效的抵御叶片载荷并将其平稳地传递给电机转
子就显得尤为重要。所以,本文重点研究轮毂在
叶片载荷作用下的强度结果。
ZB
YB
1轮毅计算模型
运用 Solid Works2010生成轮毂以及相关部件
的几何模型。在本文中,叶片载荷在GL
( Germanischer Lloyd)规范定义的坐标系提出,
如图1所示。几何模型见图2。应力在 ANSYS坐
标系下表示出来。轮轂的中心与卡氏坐标系的原
点重合,轮毂的轴线与整体坐标系的x轴重合。为
图1GL叶片坐标系
了施加由叶片传递过来的单位载荷,在叶片的根
收稿日期:2012-12-10
作者简介:刘(1985-),男,助理工程师,硕士。2010年毕业于哈尔滨工业大学航天学院工程力学专业,硬土士学位。现在东方电机有限
公司产品开发二部从事新产品刚强度、疲劳、振动特性的研究。
李源(1982-),男,工程师,硕士。2007年毕业于西安交通大学机械工程学院机械工程专业,硕士学位。现在东方电机有限公
司研究试验中心从事新产品刚强度、疲劳、振动特性的研究。
谭恢村(1949-),男,教授级高级工程师。现在东方电机有限公司长期从事新产品刚强度、疲劳、振动特性的研究。
求す和评202第27格VO27第105期
DONGFANG ELECTRIC REVIEW
AN
VOLUMES
MAY152012
PYPE NUM
叶片1
=Bonded contact
轮毂
轮: Solidi8618
叶片2
叶片3
File:\hub-analysisassmhly X-I
图4轮毂、电机网格细节
图2几何模型
2有限元网格划分
Bonded contact
由于轮毂的几何模型较为复杂,先将装配体
导人 ANSYS的 Work Bench平台,对轮毂采用以六
面体为主导( Hex Dominant)的单元划分网格。然后
再将生成文件导入 ANSYS12.1经典界面进行其余
部件的有限元网格划分。这样做的目的在于在轮
毂表面形成较好的网格,为后续进行的疲劳分析
做准备。整体有限元模型见图3。轮毂、电机网格
细节见图4。轮毂前侧网格细节见图5。
图5轮轂前側网格细节
为了在叶片根部施加载荷,采用刚性非常大
的梁单元( type Beam4)建立连接叶片根部顶面和轮
毂根部加载点的载荷伞( spider's webs),见图6。
叶片1根部载荷施加
电机定子主轴用刚性很大的Beam4单元模拟。
只有电机主轴承的外圈滚道建立实体模型,通过
Beam4单元将其连接到主轴上。
File: . Hub-analvsisllassmblyx t
图6叶片梁单元载荷伞
3边界条件
轮毂有限元模型在电机主轴的末端施加全约
東(Beam4 element node fixed in all Dok),图7和
File:\. Hub-analysis\assmbly.x
图8显示了模型的边界条件。
图3整体有限元模型
为了阻止叶片的旋转,约束载荷伞中心点沿
叶片轴线的旋转自由度(z-axis),见图8。