兆瓦级风机主机架强度分析及优化

　　一、前言

　　风能是一种清洁的可再生能源。 目前，随着各国对环境保护、能源短缺等问题的日益关注，风电行业已受到越 来越多的重视。随着风电行业的技术进步，风力发电成本逐步降低，在经济性 上已经能够与核能发电、水力发电展开 竞争。当前，我国电力行业煤电占主导 地位，严重污染环境。而我国风能资源丰富，风能利用得到了政府的政策支持，风力发电产业面临前所未有的发展 机遇。

　　风力发电机组在野外长时间经受 各种极恶劣天气和非常复杂的风力交变 载荷，其设计与生产涉及机械制造、 电机、电控、空气动力学、高分子材料以及液压等多学科复杂系统集成技术， 不仅需要扎实的理论基础，更需要丰富 的实践经验。主机架是风力发电机组中 最关键和承载最复杂的部件之一，其良 好的设计、可靠的质量和优越的性能是 保证风电机组正常稳定运行的关键因素，是风力发电机组结构设计的重点和 难点。风力发电机组总体结构如图1所示，对主机架的要求有：比重轻、机械 性能和疲劳强度较好、便于制造和装 配、能经受暴风等极端恶劣条件和随机负荷等。

　　随着大容量风力机的不断出现， 主机架结构朝着复杂化、大型化方向发展，同时风力机上几乎所有载荷都要通过主机架传递到塔架上，对于承受如此复杂载荷的部件，其强度问题显得尤为重要，不仅可以校核结构设计，而且还 会指导结构设计、优化结构。随着计算机及计算技术的飞速发展，特别是适合 于复杂结构的有限元分析技术的日臻成 熟和成功应用，极大改变传统的结构设 计与分析方法。为此，风机标准如G L、 D N V等均对部件强度问题有明确要求，对 于如主机架等类似的复杂结构部件，推 荐采用有限元方法对其进行强度分析， 有限元法越来越多地应用于风机部件强 度分析中。

　　二、主机架结构强度分析    

　　本文采用三维有限元计算方法可以很好地处理复杂的几何模型问题，建立 模型时不需做大量的简化，可按主机架 的实际几何特征建立模型。故计算所得的结果能较好反映实际问题;并能更详 细和准确地反映真实应力的分布，得到不同位置的应力和位移值，为疲劳计算提供载荷——应力分布关系;最后确定 最大应力和最大疲劳损伤的确切位置， 从而为主机架的强度校核及改进主机架 结构设计提供依据。

　　1.载荷