基于有限元分析的风电机组联轴器防护罩底座静应力强度仿真分析及应用.pdf
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1、设 计 与 研 究1基于有限元分析的风电机组联轴器防护罩底座 静应力强度仿真分析及应用李强强宋立彬李阳王强(内蒙古华电蒙东能源有限公司,通辽 028000)摘要:针对风电机组实际存在的联轴器防护罩安装固定问题,利用有限元分析方法,重点对其底座进行设计验证,缩短了设计排产周期,提升了技术改造实施的时效性。实践应用结果证明,辅以计算机辅助设计的优化改进型联轴器防护罩完全匹配风电机组运行工况,运行效果良好,可有效防范风电机组火灾事故,避免设备损坏,确保风电机组运行的安全性、稳定性、可靠性,提高了检修人员的作业安全系数。关键词:风电机组;有限元分析;仿真Simulation Analysis and
2、Application of Static Stress Intensity of the Base of Wind Turbine Coupling Shield Based on Finite Element AnalysisLI Qiangqiang,SONG Libin,LI Yang,WANG Qiang(Inner Mongolia Huadian Mengdong Energy Co.,Ltd.,Tongliao 028000)Abstract:In view of the installation and fixation of the coupling protective
3、cover of the wind turbine,the finite element analysis method is used to focus on the design verification of its base,which shortens the design and production scheduling period and improves the timeliness of the implementation of technical transformation.The practical application results show that th
4、e optimized and improved coupling protective cover supplemented by computer aided design fully matches the operating conditions of the wind turbine,has a good operating effect,and effectively prevents the fire accidents of the wind turbine,avoid equipment damage,ensure the safety,stability and relia
5、bility of wind turbine operation,and improve the safety factor of operators.Keywords:wind turbine;finite element analysis;simulation某风电场在役 CCWE1500 型陆上风电机组联轴器防护罩两端分别直接连接于发电机和齿轮箱本体。由于刚性连接的出厂设计安装缺陷造成固定连接件频繁断裂,风电机组安全运行和人员作业安全存在很大隐患。为保证机组的运行安全性,防范风电机组火灾事故,避免设备损坏,提高作业人员安全系数和联轴器的安全防护水平,预防绞碾、飞溅等事故的发生,确保传动系
6、统工作环境的安全1,文章结合实际工况对风电机组联轴器防护罩及其固定方式进行优化设计,利用有限元分析重点对其底座进行仿真分析,提出解决方案的同时,运用计算机辅助设计方法予以验证并落地实施,取得了良好效果,达到了有效缩短设计时间成本和提高风电机组运行安全时效性的目的。1研究背景日常运行检修工作发现,风电机组联轴器防护罩存在 3 方面问题。一是联轴器防护罩与发电机和齿轮箱直接刚性连接,无阻尼缓冲,防护罩的前后端随着发电机及齿轮箱的正常运转产生共振、谐振,而异常轴向和径向振动极易造成防护罩前后连接件断裂,引发联轴器防护罩固定方式失效导致罩体“飞出”,影响风电机组安全运行。二是风电机组防护罩为非全封闭形
7、式,存在防护不完全的问题,紧急刹车时产生的火花有外溢风险,易引起火灾。三是风电机组防护罩通过两侧螺栓及连接件固定,罩体为水平安装,整个罩体重量全部由连接件及螺栓承载,重量大不易拆装,维护烦琐不便捷。针对存在的安全隐患问题,需要优化设计、制造、更换安装全封闭式易拆卸联轴器防护罩,采用分体组合安装方式,使底部支架承接罩体质量,并固定于机组主机架。罩体组成部分采用螺栓和“快扣”相结合方式固定。防护罩设有各功能开口,因此传感器、油管接头等无须拆卸罩体即可实现检查或更换。2优化设计重点本次对风电机组联轴器防护罩进行全面优化设计,难点是增加固定于机组主机架的支撑座。初步计划是利用 4 个角钢支架托举固定联
8、轴器防护罩,再将支架 4 个地脚直接固定在联轴器正下方踏板平台位置。然而,根据现场实际测绘风电机组可知,踏板为 3 mm 厚镀锌雪花板,尺寸为长 1 700 mm、宽 900 mm,且下方没有承重横梁,同时联轴器防护罩现 代 制 造 技 术 与 装 备22023 年第 7 期总第 320 期固定在踏板上无法满足其静应力固定强度。为了使改造的联轴器防护罩具有更安全稳固的性能,保证有效的承载能力及强度,按自重 3 倍考虑选材、固定结构及安装方式,并采取在风电机组主机架原有吊装孔位安装底座(加强稳固承重横梁)的方法进行技术改造。3仿真分析风电机组联轴器防护罩问题未得到有效解决前,考虑电量损失等因素,
9、风电机组一直“带病”运行。为了缩短设计排产时间,提升技术改造实施的时效性,利用计算机辅助设计的方式,采用有限元分析方法,通过静应力分析明确重要部件(底座)的应力水平和分布状况2,用数学近似的方法对真实几何和载荷工况等物理系统进行模拟,排除不合理的设计,找到影响性能的关键参数,定性指导设计,减少设计成本,提升设计合理性和设计效率。3.1结构设计风电机组联轴器防护罩底座为重要的承载机构,主要承受保护罩的重量。整个底座结构设计如图 1 所示。543211.加强筋;2.法兰连接板;3.主梁;4.横梁;5.连接板。图 1底座几何结构底座主要由加强筋、法兰连接板、主梁、横梁和连接板组成,其中加强筋、法兰连
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