風機將風能最大限度地轉(zhuǎn)化為人類可使用的能源,用以緩解能源短缺問題。主軸承作為風機傳動系統(tǒng)關(guān)鍵部件,吸收大部分葉輪氣動載荷。極端風速下風機的運行狀態(tài)突然轉(zhuǎn)變,主軸承的內(nèi)部動態(tài)特性發(fā)生顯著變化,對風機傳動系統(tǒng)的傳動效率、安全性與可靠性造成威脅。本文以兆瓦級風力發(fā)電機主軸承作為研究對象,對極端風速下主軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性展開分析。首先,利用概率密度函數(shù)結(jié)合仿真軟件對極端風況進行模擬,得到極端風速載荷曲線�；谪惔睦碚摷叭~素動量定理對極端風速載荷下的風機主軸承受載狀況進行分析,將復雜的風速載荷進行分解。其次,基于滾動軸承有限元模態(tài)分析的基本理論,對主軸承振動狀態(tài)進行分析,建立風機主軸承有限元模型。分別對自由狀態(tài)下以及實際工作約束狀態(tài)下的風機主軸承模態(tài)進行分析,結(jié)果表明約束對主軸承的整體模態(tài)影響很大,為主軸承的動態(tài)特性分析提供依據(jù)。最后,在模態(tài)分析的基礎(chǔ)之上,利用動力學分析軟件進一步對風機主軸承進行動態(tài)特性分析。分別對極端風速下內(nèi)、外圈滾道、滾動體等效應力的變化規(guī)律進行分析,主軸承外圈滾道在交變載荷作用下最易發(fā)生疲勞破壞。分析不同轉(zhuǎn)速下風機主軸承滾動體節(jié)點單元等效應力變化規(guī)律,并與極端風速下主軸承滾動體節(jié)點單元的等效應力作對比,研究主軸轉(zhuǎn)速對于風機主軸承動態(tài)特性的影響,轉(zhuǎn)速的增大對于滾動體與外圈等效應力值影響最大。對比分析了正常風速與極端風速兩種工況下風機主軸承結(jié)構(gòu)內(nèi)部的動態(tài)特性變化規(guī)律,結(jié)果表明極端風速下主軸承振動加劇,滾子在轉(zhuǎn)速突變位置易發(fā)生打滑現(xiàn)象。本文利用有限元分析方法對極端風速下風機動態(tài)特性進行研究,彌補了理論計算對于實際工況的忽略,為風機主軸承的優(yōu)化設計與故障診斷提供理論依據(jù),對工程實際應用具有指導意義。
【學位單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TH133.3;TM315
【部分圖文】：

圖 1.1 2006 年至 2016 年中國新增和累計風電裝機容量Fig. 1.1 From 2006 to 2016 the total installed capacity of wind power in China前，風力發(fā)電技術(shù)更加注重提升容量，針對變槳距變速恒頻、雙饋直驅(qū)化研究也越來越多。在海洋發(fā)電方法的改進上，我國首先從國外引入優(yōu)發(fā)電設備與高級人才，不斷地擴大海洋發(fā)電項目規(guī)模。從 2008 年到 20里我國的海洋發(fā)電裝機容量由原本的 1.5MW 上升為 1014.68MW。隨后 洋發(fā)電機組較之前多了154臺，裝機容量也提升至59萬千瓦，比往年高出到 2016 年我國海上風電新增和累計裝機容量數(shù)據(jù)（由中國可再生能源學員會提供）如圖 1.2 所示。

圖 1.1 2006 年至 2016 年中國新增和累計風電裝機容量Fig. 1.1 From 2006 to 2016 the total installed capacity of wind power in China，風力發(fā)電技術(shù)更加注重提升容量，針對變槳距變速恒頻、雙饋直研究也越來越多。在海洋發(fā)電方法的改進上，我國首先從國外引入電設備與高級人才，不斷地擴大海洋發(fā)電項目規(guī)模。從 2008 年到我國的海洋發(fā)電裝機容量由原本的 1.5MW 上升為 1014.68MW。隨發(fā)電機組較之前多了154臺，裝機容量也提升至59萬千瓦，比往年高 2016 年我國海上風電新增和累計裝機容量數(shù)據(jù)（由中國可再生能源會提供）如圖 1.2 所示。

圖 1.3 風力發(fā)電機工作原理圖Fig. 1.3 Working principle diagram of wind turbine主軸承作為風力發(fā)電機傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件其作用不僅是將動力傳輸給齒輪起到承載主軸的作用。主軸承所受的力主要包括徑向力與軸向力，輪轂組件的之為徑向力。風通過傳動系統(tǒng)傳遞給主軸的力，稱之為軸向力[7]。主軸承的作用分擔并吸取絕大多數(shù)有害的負載與彎矩，高效的將有益的轉(zhuǎn)矩輸出到核心發(fā)電。因為風載、風向的時時改變、風速湍流的影響，會引起主軸或多或少的彎曲，要求主軸即使彎曲傾斜也可以正常轉(zhuǎn)動，因此要求風力發(fā)電機主軸承具有良心性能，可以承受徑向載荷及軸向載荷的共同作用[8]。一般風力發(fā)電機選用雙列調(diào)心滾子軸承作為主軸承。雙列調(diào)心滾子軸承為球軸承，其主要特點是球面滾子與弧面滾道。風機主軸承在安裝時，外圈用軸承緊，圖 1.4 是風機主軸承安裝與軸承座上的示意圖。
【參考文獻】

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本文編號：2838219