湍流風速下風電機組齒輪箱齒輪疲勞分析.pdf

1、風力發(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)模日益擴大。齒輪箱作為風電機組的關(guān)鍵部件，長期在交變載荷下工作，其內(nèi)部構(gòu)件極易因疲勞而損壞。風電機組實際運行中風載荷的隨機性和難以預測性增加了齒輪疲勞損傷計算和壽命預測的難度。本文主要針對湍流風速下MW級風電機組齒輪箱進行疲勞分析。
　　主要研究內(nèi)容包括:首先，建立湍流風速模型和風輪空氣動力學模型，研究齒輪傳動系統(tǒng)外部激勵。其次，建立簡化齒輪載荷傳動系統(tǒng)模型和純扭轉(zhuǎn)動力學模型，分

2、別求得不同湍流強度和平均風速作用下齒輪載荷—時間歷程，運用雨流計數(shù)法處理統(tǒng)計循環(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)動力學模型基礎(chǔ)上的齒輪十分鐘短期疲勞損傷，綜合對比了采用時域法估算簡化齒輪載荷模型、純扭轉(zhuǎn)動力學齒輪傳動系統(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)動力學模型基礎(chǔ)上的齒輪疲勞損傷，探討了平均風速和湍流強度對齒輪疲勞損傷的影響。結(jié)果表明彈性的齒輪傳動系統(tǒng)緩沖了由

3、湍流風速引起的外部轉(zhuǎn)矩激勵，減輕了外部激勵波動對齒輪的剛性沖擊，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速信號重構(gòu)成高頻信號的方法，采用不同的疲勞損傷計算方法計算了在役風電機組在發(fā)生行星輪斷齒故障前不同時間階段內(nèi)的疲勞損傷。結(jié)果表明重構(gòu)出SCADA高頻信號，在考慮齒輪傳動系統(tǒng)彈性動力學特性基礎(chǔ)上運用時域疲勞損傷計算方法估算齒輪疲勞損傷的有效性。
　　本文的研究為風電機組齒輪箱設(shè)計階段通過分析激勵與系