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风力发电机轴承试验机关键技术研究

作 者: 王瀛
导 师: 段振云
学 校: 沈阳工业大学
专 业: 机械设计及理论
关键词: 风力发电机 轴承试验机 支架 载荷 有限元分析
分类号: TH87
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 83次
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内容摘要


随着近些年能源短缺与经济社会发展之间矛盾的凸显,风电行业作为新能源行业的代表,已经步入发展的快车道。在中国,近五年来,风机容量已经从750KW等小型机组发展到1.5MW、3MW等中型和大型机组,并且个别公司已经研发出了6MW的机组。风力发电机运行条件恶劣,风机轴承作为风力发电机的重要部件,对其性能的测试尤其重要,因此需要开发一种测试风机轴承性能的设备——轴承试验机。本课题的任务是对3MW风力发电机轴承试验机关键部件的机械结构进行载荷分析和有限元分析,以满足测试风机轴承的要求。首先,本论文在大量收集相近设备的资料后,最终确定了轴承试验机的总体设计方案,并利用三维建模软件PRO/E对设备进行了实体建模。本轴承试验机采用双轴卧式结构,此结构不但能够两端加载,减小了设备的整体尺寸,而且安装试验轴承更加方便。其次,依据动量理论、叶素理论、动量—叶素理论以及风机载荷的计算方法,得出了主轴轴承、变浆轴承和偏航轴承的轴向力、径向力以及倾覆力矩的载荷情况。最后,为了轴承试验机关键部件的强度、刚度校核与优化设计,应用有限元分析软件对3MW风力发电机轴承试验机关键部件——轴承支架及左侧、右侧加载支架的强度和动力学特性进行分析。在分析中,对增加支架壁厚和增加梯形筋板两种方案进行了比较,对比两种方案的利弊,并根据计算结果进行强度校核,还得出其前6阶固有频率和对应的振型,为轴承试验机支架结构优化设计提供了理论依据。最终确定了满足静力学分析和模态分析要求的支架结构。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章 绪论  9-19
  1.1 课题的研究背景  9-10
  1.2 国内外风力发电发展状况  10-12
  1.3 风力发电机轴承试验机发展现状  12-17
    1.3.1 国外轴承试验机的发展状况  13-15
    1.3.2 国内轴承试验机的发展状况  15-17
  1.4 研究内容和研究方法  17-18
    1.4.1 课题主要研究内容  17
    1.4.2 研究技术要求及方法  17-18
  1.5 论文的目的和意义  18
  1.6 本章小结  18-19
第二章 风力发电机组载荷计算的理论基础  19-32
  2.1 风力发电机载荷分析  19-20
  2.2 确定坐标系  20-23
  2.3 基本理论  23-31
    2.3.1 动量理论  23-27
    2.3.2 叶素理论  27-29
    2.3.3 动量—叶素理论  29-31
  2.4 本章小结  31-32
第三章 3MW风力发电机组轴承载荷分析  32-38
  3.1 风力发电机风轮载荷概况  32-35
    3.1.1 空气动力载荷  32-33
    3.1.2 重力载荷  33-34
    3.1.3 离心力载荷  34
    3.1.4 风力机塔架的主要载荷  34-35
  3.2 偏航、变浆和主轴轴承载荷计算  35-37
    3.2.1 主轴轴承载荷分析  35-36
    3.2.2 变浆轴承载荷分析  36
    3.2.3 偏航轴承载荷分析  36-37
  3.3 本章小结  37-38
第四章 风力发电机轴承试验机关键部件的有限元分析  38-61
  4.1 应用软件简介  38-41
    4.1.1 Pro/ENGINEER软件简介  38-39
    4.1.2 有限元分析软件ANSYS概述  39-41
  4.2 轴承试验机三维建模  41-44
  4.3 轴承试验机关键部件有限元建模  44-45
  4.4 左侧、右侧加载支架和轴承支架的静力学分析  45-52
  4.5 左侧、右侧加载支架和轴承支架的模态分析  52-60
    4.5.1 模态分析的方法  52-53
    4.5.2 模态分析的基本步骤  53
    4.5.3 结果和分析  53-60
  4.6 本章小结  60-61
第五章 结论与展望  61-62
  5.1 结论  61
  5.2 展望  61-62
参考文献  62-65
在学研究成果  65-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 材料试验机与试验仪器
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