湍流風(fēng)速下風(fēng)電機(jī)組齒輪箱齒輪疲勞分析.pdf

1、風(fēng)力發(fā)電作為新能源發(fā)電技術(shù)的代表，在全球范圍內(nèi)發(fā)展規(guī)模日益擴(kuò)大。齒輪箱作為風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵部件，長(zhǎng)期在交變載荷下工作，其內(nèi)部構(gòu)件極易因疲勞而損壞。風(fēng)電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中風(fēng)載荷的隨機(jī)性和難以預(yù)測(cè)性增加了齒輪疲勞損傷計(jì)算和壽命預(yù)測(cè)的難度。本文主要針對(duì)湍流風(fēng)速下MW級(jí)風(fēng)電機(jī)組齒輪箱進(jìn)行疲勞分析。
　　主要研究?jī)?nèi)容包括:首先，建立湍流風(fēng)速模型和風(fēng)輪空氣動(dòng)力學(xué)模型，研究齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)外部激勵(lì)。其次，建立簡(jiǎn)化齒輪載荷傳動(dòng)系統(tǒng)模型和純扭轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)模型，分

2、別求得不同湍流強(qiáng)度和平均風(fēng)速作用下齒輪載荷—時(shí)間歷程，運(yùn)用雨流計(jì)數(shù)法處理統(tǒng)計(jì)循環(huán)載荷，采用Miner線性疲勞累積損傷理論估算齒輪十分鐘短期疲勞損傷。然后，采用頻譜法估算純扭轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)模型基礎(chǔ)上的齒輪十分鐘短期疲勞損傷，綜合對(duì)比了采用時(shí)域法估算簡(jiǎn)化齒輪載荷模型、純扭轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)模型基礎(chǔ)上的齒輪疲勞損傷和采用頻譜法估算純扭轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)模型基礎(chǔ)上的齒輪疲勞損傷，探討了平均風(fēng)速和湍流強(qiáng)度對(duì)齒輪疲勞損傷的影響。結(jié)果表明彈性的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)緩沖了由

3、湍流風(fēng)速引起的外部轉(zhuǎn)矩激勵(lì)，減輕了外部激勵(lì)波動(dòng)對(duì)齒輪的剛性沖擊，減小了齒輪疲勞損傷。最后，提出了一種將SCADA系統(tǒng)記錄的每十分鐘低頻風(fēng)速信號(hào)重構(gòu)成高頻信號(hào)的方法，采用不同的疲勞損傷計(jì)算方法計(jì)算了在役風(fēng)電機(jī)組在發(fā)生行星輪斷齒故障前不同時(shí)間階段內(nèi)的疲勞損傷。結(jié)果表明重構(gòu)出SCADA高頻信號(hào)，在考慮齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)彈性動(dòng)力學(xué)特性基礎(chǔ)上運(yùn)用時(shí)域疲勞損傷計(jì)算方法估算齒輪疲勞損傷的有效性。
　　本文的研究為風(fēng)電機(jī)組齒輪箱設(shè)計(jì)階段通過分析激勵(lì)與系