专利名称：兆瓦级风力发电机组中齿轮箱输入载荷的提取方法
技术领域：
本发明涉及一种兆瓦级风力发电机组中齿轮箱输入载荷的提取方法，属于兆瓦级
风力发电机组的载荷计算技术领域。
背景技术：
目前，对于两点支撑的兆瓦级风力发电机，齿轮箱是至关重要的部件。有30%的风 力发电机停机时间是齿轮箱出现的问题导致的，在更换的部件中，齿轮箱的维护和更换费 用相当昂贵，大约占整个风机费用的10 % ，所以准确的设计齿轮箱是提高风力发电机组利 用率的关键，而设计好齿轮箱的前提是准确的计算齿轮箱的输入载荷。兆瓦级风力发电机 组中齿轮箱的输入载荷常规可用动力学软件建模并进行计算来提取，但是要提取齿轮箱的 输入载荷单建模来说就比较困难，因为在动力学软件的建模中除了要画出各个复杂的模型 外还涉及到各个零部件之间的自由度约束；然而把各个模型都建立好后模拟运动，从齿轮 箱上提取载荷也不是简单的过程，这样不利于提取的载荷的准确性，并且工作效率低。
发明内容
本发明目的是提供一种兆瓦级风力发电机组中齿轮箱输入载荷的提取方法，能准
确的提取载荷，建模方便，省时省力，解决背景技术中存在的上述问题。 本发明的技术方案是 兆瓦级风力发电机组中齿轮箱输入载荷的提取方法是把兆瓦级风力发电机组的 相关零部件模型进行简化，在有限元软件中建模，轮毂部分可以用一个节点代替，用梁单元 来模拟主轴和弹性支撑，用杆单元模拟轴承，用实体单元模拟前机架、后机架和塔筒，在轮 毂中心位置加外部载荷，在塔筒下部施加全约束，建模完毕后进行计算；计算完成后，在齿 轮箱四个弹性支撑座的中心位置提取载荷。
当然，实际齿轮箱的输入载荷还需要在提取位置的载荷基础上转化成实际位置的
载荷。这样的简化模型计算速度快而且算出来的载荷比较准确，省时省力。 本发明方法的有益效果是齿轮箱的输入载荷计算的准确与否对齿轮箱的设计起
到至关重要的作用。所以此方案为得到最优设计的齿轮箱提供了良好的条件，在提高风力
发电机组整机的利用率方面会起到很大的作用。本发明构思新颖、独特并具有科学性，提高
了载荷的准确性，并省时省力。
图1是传统的建模方式图。
图2是发明方案的有限元模型图。
图3是发明方案的有限元模型的剖面图。 图中1.轮毂，2.主轴，3.轴承座，4.齿轮箱弹性支撑座，5.齿轮箱，6.发电机， 7.后机架，8.前机架，9.偏航驱动，IO.偏航轴承，ll.塔筒，12.主轴质量单元，13.模拟轴
3承的杆单元，14.载荷提取位置，15.齿轮箱质量单元，16.偏航马达的质量单元。
具体实施例方式以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。 在实施例中，兆瓦级风力发电机组中齿轮箱输入载荷的提取方法是把兆瓦级风 力发电机组的相关零部件模型进行简化，在有限元软件中建模，轮毂部分可以用一个节点 代替，用梁单元来模拟主轴和弹性支撑，用杆单元模拟轴承，用实体单元模拟前机架、后机 架和塔筒，在轮毂中心位置加外部载荷，在塔筒下部施加全约束，建模完毕后进行计算；计 算完成后，在齿轮箱四个弹性支撑座的中心位置提取载荷。
具体建模步骤如下 (1)分别将轴承座、前机架、后机架、塔筒和齿轮箱的弹性支撑在划分网格的软件 中划分好适合计算的网格大小，分别保存； (2)将划分好网格的各个模型同时导入用来计算的有限元软件中； (3)分别在主轴、齿轮箱、发电机和偏航马达的质心位置建立节点； (4)在前主轴轴承位置建立节点，在后主轴轴承位置建立节点； (5)分别在主轴、齿轮箱、发电机以及偏航马达的质心位置建立质量单元； (6)建立模拟主轴和弹性支撑的梁单元； (7)在前后轴承位置建立模拟轴承的杆单元； (8)对导入的各个模型之间建立相应的接触对； (9)在主轴和轴承中心位置建立耦合对； (10)在塔筒底部施加约束，在轮毂中心位置施加载荷； (11)进行计算； (12)运算完毕后在载荷提取位置进行提取载荷； (13)根据主轴与齿轮箱连接位置到提取载荷位置的距离，计算出齿轮箱输入载 荷。
权利要求
一种兆瓦级风力发电机组中齿轮箱输入载荷的提取方法，其特征在于把兆瓦级风力发电机组的相关零部件模型进行简化，在有限元软件中建模，轮毂部分可以用一个节点代替，用梁单元来模拟主轴和弹性支撑，用杆单元模拟轴承，用实体单元模拟前机架、后机架和塔筒，在轮毂中心位置加外部载荷，在塔筒下部施加全约束，建模完毕后进行计算；计算完成后，在齿轮箱四个弹性支撑座的中心位置提取载荷。
2. 根据权利要求1所述之兆瓦级风力发电机组中齿轮箱输入载荷的提取方法，其特征 在于具体建模步骤如下(1) 分别将轴承座、前机架、后机架、塔筒和齿轮箱的弹性支撑在划分网格的软件中划 分好适合计算的网格大小，分别保存；(2) 将划分好网格的各个模型同时导入用来计算的有限元软件中；(3) 分别在主轴、齿轮箱、发电机和偏航马达的质心位置建立节点；(4) 在前主轴轴承位置建立节点，在后主轴轴承位置建立节点；(5) 分别在主轴、齿轮箱、发电机以及偏航马达的质心位置建立质量单元；(6) 建立模拟主轴和弹性支撑的梁单元；(7) 在前后轴承位置建立模拟轴承的杆单元；(8) 对导入的各个模型之间建立相应的接触对；(9) 在主轴和轴承中心位置建立耦合对；(10) 在塔筒底部施加约束，在轮毂中心位置施加载荷；(11) 进行计算；(12) 运算完毕后在载荷提取位置进行提取载荷；(13) 根据主轴与齿轮箱连接位置到提取载荷位置的距离，计算出齿轮箱输入载荷。
全文摘要
本发明涉及一种兆瓦级风力发电机组中齿轮箱输入载荷的提取方法，属于兆瓦级风力发电机组的载荷计算技术领域。技术方案是把兆瓦级风力发电机组的相关零部件模型进行简化，在有限元软件中建模，轮毂部分可以用一个节点代替，用梁单元来模拟主轴和弹性支撑，用杆单元模拟轴承，用实体单元模拟前机架、后机架和塔筒，在轮毂中心位置加外部载荷，在塔筒下部施加全约束，建模完毕后进行计算；计算完成后，在齿轮箱四个弹性支撑座的中心位置提取载荷。本发明方法的有益效果是齿轮箱的输入载荷计算的准确与否对齿轮箱的设计起到至关重要的作用。所以此方案为得到最优设计的齿轮箱提供了良好的条件，在提高风力发电机组整机的利用率方面会起到很大的作用。本发明构思新颖、独特并具有科学性，提高了载荷的准确性，并省时省力。
文档编号F03D11/00GK101719190SQ20091031107
公开日2010年6月2日 申请日期2009年12月9日 优先权日2009年12月9日
发明者李娟 , 李曼, 王广庆, 鲁志平, 麻磊 申请人:保定天威集团有限公司