發(fā)布時間：2017-05-10 11:09

  本文關(guān)鍵詞：風電機組主軸軸承的疲勞壽命預測，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展,傳統(tǒng)能源日益枯竭,環(huán)境污染愈發(fā)嚴重,風能作為一種清潔可再生資源越來越受到人們的重視,風力發(fā)電是風能利用的主要方式。主軸軸承是風電機組的主要傳動部件,其性能的好壞直接影響到風電機組的傳遞效率和使用壽命,主軸軸承損傷是風電機組的主要故障之一。風力發(fā)電機的設計壽命一般為20年,這就要求風電機組主軸軸承的疲勞壽命也要達到20年。因此,預測風電機組主軸軸承的疲勞壽命具有重要意義。 本文以FD70型風電機組為依托,以風電機組主軸軸承為研究對象,該軸承是由SKF公司制造的型號為240/630CA/W33雙列調(diào)心滾子軸承,在隨機風速作用下,預測風電機組主軸軸承的疲勞壽命。主要的研究內(nèi)容包括以下四個方面： (1)選用雙參數(shù)威布爾分布模擬隨機風速,根據(jù)某風場全年的平均風速和風速方差,計算得到該風場的隨機風速模型。在Matlab軟件中,調(diào)用威布爾分布的隨機數(shù)生成器wblrnd,對服從雙參數(shù)威布爾分布的隨機風速進行隨機抽樣,以1m/s為間隔把抽樣風速分成18個區(qū)間,取每個區(qū)間風速的平均值為該區(qū)間的等效風速,在后續(xù)的載荷計算過程中,用等效風速代表該區(qū)間的風速值。 (2)風電機組主軸軸承在工作過程中,主要受到軸向力和徑向力的作用。從空氣動力學入手,利用貝茨理論、葉素理論和葛勞渥方法,計算得到各種工況下主軸軸承受到的軸向力。把風機主軸簡化為均勻的懸臂梁,列力平衡方程和力矩平衡方程,計算得到各種工況下主軸軸承受到的徑向力。 (3)借助ANSYS軟件,應用有限元法,在軸向力和徑向力共同作用下,對主軸軸承進行接觸分析,得到不同工況下主軸軸承的應力分析結(jié)果。 (4)基于ANSYS的有限元分析結(jié)果,根據(jù)主軸軸承的S-N曲線和線性累積損傷理論,預測風電機組主軸軸承在服從雙參數(shù)威布爾分布的隨機風速作用下的疲勞壽命。 預測風電機組主軸軸承的疲勞壽命,既可以檢驗主軸軸承是否滿足20年的設計要求,也可以在風電機組運營發(fā)電時為主軸軸承預定維修時間,確保風力發(fā)電機安全、可靠運行。
【關(guān)鍵詞】：風電機組 主軸軸承 隨機風速 線性累積損傷理論 疲勞壽命
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TH133.3;TM315
【目錄】：

• 目錄5-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 插圖索引11-12
• 附表索引12-13
• 第1章 緒論13-20
• 1.1 課題研究背景13
• 1.2 課題研究意義13-15
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.4 課題研究的主要內(nèi)容17-19
• 1.5 本章小結(jié)19-20
• 第2章 結(jié)構(gòu)疲勞壽命預測的理論與方法20-34
• 2.1 疲勞和疲勞壽命的定義20
• 2.2 疲勞壽命分析方法20-23
• 2.2.1 名義應力法20-21
• 2.2.2 局部應力應變法21-22
• 2.2.3 應力場強法22-23
• 2.3 平均應力修正公式23-24
• 2.4 材料的疲勞特性24-26
• 2.5 構(gòu)件的疲勞特性26
• 2.6 影響結(jié)構(gòu)疲勞的主要因素26-28
• 2.6.1 應力集中的影響26-27
• 2.6.2 尺寸的影響27
• 2.6.3 表面狀態(tài)的影響27-28
• 2.6.4 載荷類型的影響28
• 2.7 疲勞累積損傷理論28-32
• 2.7.1 線性疲勞累積損傷理論28-30
• 2.7.2 雙線性累積損傷理論30-31
• 2.7.3 非線性疲勞累積損傷理論31-32
• 2.7.4 其它累積損傷理論32
• 2.8 結(jié)構(gòu)疲勞壽命的預測方法32-33
• 2.9 本章小結(jié)33-34
• 第3章 風電機組主軸軸承的載荷分析34-52
• 3.1 引言34
• 3.2 隨機風速模型34-38
• 3.2.1 雙參數(shù)威布爾分布的概述34-35
• 3.2.2 雙參數(shù)威布爾分布形狀參數(shù)與尺寸參數(shù)的估算35-36
• 3.2.3 利用Matlab軟件進行隨機抽樣36-38
• 3.3 風力機葉片的基本理論38-44
• 3.3.1 貝茨理論38-40
• 3.3.2 葉素理論40-42
• 3.3.3 葛勞渥方法42-44
• 3.4 風電機組主軸軸承軸向力的計算44-50
• 3.5 風電機組主軸軸承徑向力的計算50-51
• 3.6 本章小結(jié)51-52
• 第4章 風電機組主軸軸承受力狀態(tài)的有限元分析52-70
• 4.1 引言52
• 4.2 有限元法簡介52-53
• 4.3 有限元分析軟件ANSYS的簡介53
• 4.4 ANSYS軟件的分析過程53-58
• 4.4.1 ANSYS的基本分析步歘53-54
• 4.4.2 創(chuàng)建有限元模型54-58
• 4.4.3 施加載荷并求解58
• 4.4.4 查看結(jié)果58
• 4.5 基于ANSYS的主軸軸承有限元分析58-69
• 4.5.1 主軸軸承有限元分析的假設條件59-60
• 4.5.2 三維實體模型的建立60
• 4.5.3 單元類型定義及材料屬性的設置60-61
• 4.5.4 有限元模型網(wǎng)格的劃分61-62
• 4.5.5 接觸對的建立62-63
• 4.5.6 分析類型的定義63
• 4.5.7 施加約束條件63
• 4.5.8 加載求解63-66
• 4.5.9 應力分析結(jié)果66-69
• 4.6 本章小結(jié)69-70
• 第5章 風電機組主軸軸承的疲勞壽命預測70-78
• 5.1 引言70
• 5.2 名義應力的求解70-71
• 5.3 平均應力修正71-72
• 5.4 材料的S-N曲線72-73
• 5.5 風電機組主軸軸承的疲勞特性73-74
• 5.6 風電機組主軸軸承疲勞壽命的預測74-77
• 5.6.1 各種工況下主軸軸承的疲勞極限循環(huán)次數(shù)74-75
• 5.6.2 主軸軸承的轉(zhuǎn)速75-76
• 5.6.3 各種工況下主軸軸承的疲勞壽命76-77
• 5.6.4 主軸軸承疲勞壽命的預測77
• 5.7 本章小結(jié)77-78
• 結(jié)論與展望78-80
• 全文總結(jié)78-79
• 未來工作展望79-80
• 參考文獻80-84
• 致謝84-85
• 附錄A 攻讀學位期間所發(fā)表的學術(shù)論文85

【參考文獻】

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本文編號：354611