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風能展獨家直播:第二代150KW風力發電機結構安全分析—風能應用與分布式發電論壇

2013-10-22 來源:北極星電力網 瀏覽數:678

  2013年10月17日,北京國際風能暨展覽會——風能應用與分布式發電論壇。研究能源相關政府單位江宗瀚:自主研發150KW風力發電機結構安全分析。以下是全文:
  江宗瀚:大家好!我來自臺灣,我們公司主要是研究能源相關的政府單位。今天要跟大家介紹我們公司自主研發的150KW風力發電機結構的安全分析。
  報告內容:前言、風機設計負載來源、本研究的重點、結構強度分析、結論
目  前國際上針對風力發電機認證需求標準主要都是依據IEC61400系列的規范,主要是規范大型風力發電機的部分。(圖)這個表是風力發電機設計等級風類表,我們可以將風機分為1、2、3類,S級是設計者自己設計的規范,可以分為三種A、B、C的三種情況。˙
技術標準:我們設計是上風型三葉片形式,轉子是22.8米,額定轉速和風速是48RPM值,風是主動控制的,包括Pitch Control范圍是0到85度,Yow Control是負180到180度。目前它的葉片制作完成,設計為70%的波纖和30%的碳纖維。( 圖)這是骨架制作的部分。
  針對結構安全分析,可以依據IEC61400設計標準,設計等級為A,風力發電機在正常發電和異常發電的時候可以根據Focus負載我
(圖)這是Hub中心負載,可以拿它做主軸結構分析。右邊這個圖是葉片根部的極限負載,可以拿來分析Hub和PC結構的分析強度。我們探討的是主軸、骨架、輪轂等部分。
  主軸是將葉片旋轉動能連接到齒輪箱帶動發電,分析主軸結構強度它的復雜來源是根據極限負載,因為這根主軸是通過徑向軸承合主撐軸承支撐,連接齒輪箱帶動發電。所以競相軸承設定為允許轉動和帶,主推軸承部分只允許轉動,分析結果可以發現主軸應力比較大的地方是發生在徑向軸承,這個地方是幾何結構轉折處所以經常有應力變形情況的發生。
  骨架結構強度:骨架必須承載所有的風機零組件,它的結構強度相當重要。在設計風機骨架的時候,在Y方向長度比較長導致風機運行的時候變形比較大,如果這個地方變形過大,可能會導致齒輪和風機運轉有不對稱的情況發生,避免這種情況發生,我們在骨架后端設計了一個梁柱,增強后盲的鋼性。
  分析骨架負載來源,我們在主軸上設定了競相軸承、主推軸承合連接器,通過這三個條件將這個反力帶到骨架上當做一個負載來源。分析之后發現骨架比較大的應力地方是發生在前端,尤其是靠近競相軸承的地方。骨架目前制作是用很多板件焊接起來的,所以應力最大的是發生在焊接的地方。骨架最大變形量是發生在骨架最前沿。
  輪轂結構強度:它的負載來源可以根據葉片根部的極限負載來看,有三個力量兩個方向可以施加在輪轂上面的法蘭端,輪轂固定端設定跟主軸連接的那一面。分析結果可以看到輪轂最大應力是發生在頸部這個地方,它跟葉片連接,主要是承受負載的地方,通常應力會在這個地方做集中。輪轂最大變形量也會發生在法輪的面上。

【延伸閱讀】

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閱讀上文 >> 風能展獨家直播:大型海上風機葉片根部強度分析報告—風電技術論壇
閱讀下文 >> 風能展獨家直播:漂浮式風電機組建模過程與仿真結果—風電機組技術

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