工作可靠性研究小型风力发电机

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    最近几年,离网小型风力发电机组的制造行业重新繁荣起来。
      据统计,新生产的机组很大一部分为单机容量千瓦以上的,且单机容量有递增趋势。随着机组容量的增加,机组质量和零部件受力必然增加,但是目前关于千瓦级机组的研究主要集中在高效率电机上,很少进行机组结构方面的可靠性分析。
      以一种5KW离网小型风力发电机组为研究对象,选取了其中的关键受力部件：即主轴和机座,以有限单元软件ANSYS为主要研究工具,做了如下工作：
1.通过分析离网小型风力发电机机组行业的国内外发展和研究状况以及目前存在的问题,认为我国亟需开展离网小型风力发电机组工作可靠性方面的研究。
2.通过实验与推导的方法,计算出了主轴处于极限转速时所受到的载荷。 在对主轴简化后,通过比较和趋势分析,得出了主轴的有限单元模型。在模型加载时,发现采用目前许多通用的扭矩加载方法仍然不能得出正确的结论。本文采用了新的加载方法,并且确认了得出的分析结果是可靠的,验证了主轴在极限转速下有足够的强度。通过设定路径并提取路径上的特定值,发现主轴处于极限载荷时其电机转子轴段挠度在许用范围内。
3.对小型风力发电机主轴分别进行了空载和极限载荷下的模态分析,推论出造成在这二种载荷下模态分析结果不一致的原因,并检验了推论的正确性,最终得出主轴在转速范围内工作时各阶自振频率的范围,发现主轴在设计转速范围内工作时没有自振的危险。
4.通过设定路径并提取路径上的特定值找出了小型风力发电机主轴上可能发生疲劳破坏的危险点,并定义出危险点的应力变化曲线,对危险点做疲劳分析最终验证该处是满足疲劳设计寿命的。
5.简化小型风力发电机机座,建立机座的有限单元模型,对机座进行极限载荷分析,验证了机座满足强度要求,能够承担极限载荷。
6.采用同样的方法分析机座的自振频率,得出了机座在主轴转速范围内工作时的各阶自振频率范围,发现机座有自振的危险,作者给出了解决的方法。 通过这些工作可以预先验证机组的可靠性,找出可能存在的问题,并进一步提出改善措施,从而提高机组质量；另一方面可以部分取代小型风力发电机机组的载荷和疲劳实验,以缩短研发周期,降低研发费用。本文的研究成果已经应用到该小型风力发电机机组后期质量改进中,将发挥实际作用。