大型风力发电机组塔架联接螺栓最大工作载荷的计算_陈棋

大型风力机组塔架螺栓连接应力分析

ＫＥＷ０ＲＤＳ：ｉｉｌｍｅｔａａｙｉ；ｂｌｃｎｅｔｎ；ＡＮＳＹｆｔｅｅｎｎｌｓｓｏｔｏｎｃｉｎｅｏＹＳ；ｗｉｄｔｒｉｅｏｒｎｕｂｎ；ｔｗｅ
０引言
林等对风力机组轮毂和叶片轴承连接螺栓进行了有
ＹａｎｍｉｇｇＪｅｎｉ
ＧａｕｙｎｏＪｎｕ
（．ｓａｃｎｔｔｔｆＭｅｈｃ［ａｄＥｌｃｒｎｃＥｎｎｅｉｇ，ｉｕｎＵｎｖｒｉｙｏｃｎｌｇ１ＲｅｅｒｈＩｓｉｕｅｏｃｎｉａｎｅｔｏｉｇｉｅｒｎＴａｙａｉｅｓｔｆＴｅｈｏｏｙ，Ｔａｙａ０４，ｉａｉｕｎ０３０２Ｃｈｎ２ＴｅｈｏｏｙＣｅｅｆＴａｙｕｎＨｅｖｎｕｔｙＣｏＬｔ．ｃｎｌｇｎｔｒｏｉａａｙＩｄｓｒ．ｄ，Ｔａｙａ３０４，ｉａｉｕｎ００２Ｃｈｎ）
风力发电机由叶片、毂、轮主轴、舱和塔架等机组成，架是风力发电机组的主要承重部件。大型塔风力机组塔架高度一般都在几十米以上，量为风质
力机组总质量的５以上ｌ。为加工和运输的方Ｏ１ｊ便，塔架一般由３４段短锥型筒通过法兰螺栓连接－
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｅｗｉｔｂｉｓｔｔｅｉｃｎｅｔｄｂｙｆｒｈｏｒｃｎｉａｏｗｅｓｔｒｕｇｔｂｔ．Ｔｈｅａｇｅｔｎｄｕｒｎｅｅｏｗｒｓｏｎｃｅｏｕｓｔｏｃ１ｔｒｈｏｈｈｅｏｌＳｌｒｓ

风力发电机组的载荷特征及计算

我国根据相关国际标准，制定了ＧＢ１８４５１．１－２００１《风力发电机组安全要求》，中国船级社也制定了用于认证的 “风力发电机组规范２００８”。
还有适用于海上风力发电机组的标准和规范，如：
收稿日期：２０１２－０１－０５；修回日期：２０１２－０１－１２作者简介：高俊云（１９６５－），男，山西晋中人，教授级高级工程师，硕士，研究方向：机械动态测试与分析、机械故障诊断及风力发电机组计算
图３ＧＨＢｌａｄｅｄ软件菜单模块和计算模块
（下转第２０８页）
· ２０８ ·
机械工程与自动化２０１２年第３期
得到了广泛应用。该工艺通过涂覆金属表面来提高表面的抗磨和耐蚀性。香海热电厂锅炉超音速电弧喷涂ＳＣＺ３６涂层水冷壁管经过长期运行，外观检查涂层完好，未见裂纹、脱落和磨损等宏观缺陷。
参考文献：［１］王学武．金属表面处理技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００９．［２］金国，徐滨士，王海斗，等．电热爆炸喷涂ＷＣ／Ｃｏ涂层组
织和性能研究［Ｊ］．金属热处理，２００６，３１（２）：２３－２６．［３］刘东雨，熊建，候世香，等．电热爆炸喷原位合成Ｆｅ－Ａｌ系
（２）认证：确保载荷计算应用了适当的方法；工况假定全面且符合标准要求；结果真实可靠。载荷计算
报告是风力发电机组认证必须提交和确认的文件。风力发电机组作为一个复杂的系统，子系统之间相

风力发电机组设计载荷的分析

Design loads analysis of wind turbine generator system
Ning Lipu,Ning Xin,Yang Hui,Chen Lerui （Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang 453003,China ） Abstract:Combining the external environment and the international standards of wind turbine,the design load
风力发电机组的运行状态极端状态正常运行状态
安装运输状态
故障状态图 2 风力机发电机组的运行状态表 1 风机主要参数项目额定功率轮毂高度处的额定风速风场类型轮毂高度风轮直径桨叶数切入风速切出风速轮毂高度处的年平均风速风速梯度气流斜度数值 1.5 MW 12.5 m/s ⅡA 64.5 m 70.00 m 3 3.5 m/s 25 m/s 8.5 m/s 0.2 8 deg
Key words:wind turbine,load analysis,fatigue loads,extreme loads
在风力机设计中必须确定风力机所处的环境和各种运行条件下所产生的各种载荷, 其目的是对风力机零部件进行强度分析（包括静强度分析和疲劳强度分析）、动力学分析以及寿命计算,确保风力机在其设计的寿命期内能够正常运行.该项工作是风力机设计中最基础性工作,所有的后续工作都是以载荷计算为基础的. 在计算载荷时,要考虑到风力机的复杂性,它是风、空气动力学、波浪、结构动力学、传动系统、控制系统等复杂作用的结果.风力机是与众不同的设备,叶片翼型经常运行在失速的状态下,很可能产生结构共振、载荷不规则、高周疲劳等现象,这就决定了载荷计算的困难程度.

风力发电机叶片等效载荷计算及载荷谱分析

风力发电机叶片等效载荷计算及载荷谱分析米良;聂国林;程珩【摘要】风力发电机叶片部位通常受到随机变幅载荷的作用,所受随机载荷的随机性和无序性给载荷数据的处理带来了很大的困难.当前的数据处理方法通常是将随机变幅载荷转化为等效恒幅载荷进行分析,但由于其未能考虑低于疲劳极限的载荷对疲劳损伤所产生的影响故而会产生较大误差.针对上述问题,提出一种基于模糊理论的等效载荷计算方法,引入恰当的隶属函数,充分考虑低于疲劳极限的载荷对疲劳损伤所造成的影响,更加符合实际情况,以期提高等效载荷的计算精度.%The blade of wind turbine is usually subjected to random variable amplitudeload,which makes it difficult to process the load data.The current data processing method usually transforms the random load into equivalent constant amplitude load to reduce the data processingcapacity.However,the current method of equivalent load calculation fails to take into account the influence on the fatigue life made by the stress amplhude below the convention fatigue limit.So there is a large error in the equivalent load calculation by the current method.In view of the problems above,It properly considers the effects on fatigue life caused by load stress amplitude below the fatigue limit and presents a method of equivalent toad calculation by introducing the appropriate membership function based on fuzzy theory,which is more close to the actual situation.Thus improves the accuracy of the equivalent load calculation.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】3页(P141-143)【关键词】模糊理论;等效载荷;隶属函数;程序载荷谱【作者】米良;聂国林;程珩【作者单位】太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原030024;太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原030024;太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TH16;TK83风力发电机叶片是风电机系统中的重要工作部件，承载了主要的风力载荷，最容易发生疲劳破坏。

大型风力发电机组高强度螺栓预紧力矩的探讨

图 1 高强度螺栓力矩分配
3 摩擦系数
由以上分析可以看出，对高强度螺栓所施加
的预紧力矩中有近 80% 以上消耗在用于克服摩
擦力上，摩擦对高强度螺栓的预紧力会产生较大
的影响，如果摩擦力过大或过小，高强度螺栓的预
紧效果都可能达不到设计要求。因此充分重视螺
栓摩擦副中摩擦力的研究，并设法将其保持在一
个合理的范围内是每个设计师都必须重视的。根据《机械设计手册》［1］，并由式（ 1）、式（ 2）
0引言
1 拧紧力矩系数
大型风力发电机组是由一些相关部件通过一定的联接方式组成的一台整机。其中高强度螺栓是联接这些主要零部件的重要元件之一，如桨叶与轮毂、风轮与主轴、机舱与塔架、塔架与基础等。因此螺栓联接是否可靠，将直接关系到风力机运行的安全。为了增加螺纹联接的可靠性，提高防松能力，以及防止受横向载荷的螺栓联接因相对滑动而产生剪切破坏，风力机的主机厂家在机组的装配过程中，对所使用的高强度螺栓一般都会采取预紧措施。但在实际操作过程中，螺栓的质量、装配工艺、使用的工具等，都直接影响螺栓的预紧力。本文就直接影响螺栓预紧力的两个主要系数，拧紧力矩系数、摩擦系数和相关的安装工艺提出一些初步的看法，可供相关人员探讨和参考。
根据《机械设计手册》可知，作用于螺栓上的
预紧力矩 M 与产生在螺栓上的轴向拉力 F（即预紧力）有如下关系式［1］：
M = KFd
（ 1）
式中： K— 拧紧力矩系数；
d— 螺栓公称直径，mm。拧紧力矩系数 K 可用下式表达［1 －2］：
( ) K
=
d2 2d
tg（
φ
+
ρv）
+

大型水平轴风力发电机组动态载荷计算方法研究

根据负载情况计算作用在风轮轴上的反转矩。
根据风轮、变速箱、发电机系统的动力平衡确定系统的旋转加速度、速度以及下一时刻的参考方位角。
有了载荷以后，就可以根据叶片运动方程进行响应计算。对于弹性响应来说，它会影响叶素的气动载荷，因此需回到第一步去重新计算。这个过程重复进行直到弹性响应的精度达到要求。
初始风速为额定风速，在极端连续阵风基础上同时伴随极端风速变化（ＥＣＤ）情况下正常功率输
出。
，罢
；２０
鞘
。５
厂
一。
１０＼：！：一５
一＿），龊孵职
１
∞ ∞加。伽加枷蚰
『、
《摆
畦球
Ｆｉｇ５
图５ＤＬＣｌ３风速、侧滑角、桨距角和转速时厨历程
Ｔｈｅｗｉｎｄｓｐｅｅｄ，ｓｉｄｅｓｌｉｐａｎｇｌｅａｎｄｐｉｔｃｈａｎｇｌｅｖｓ．ｓｐｅｅｄｔｉｍｅｅｏｕｒｓｅ（ＤＬＣ１３）
阻尼采用通用模型——瑞利（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）模型描
述，它的主要优点是运动方程的非耦台性。阻尼模
型有形式：
Ｃ—ａＭ＋腿
式中；ｏ，ｐ为模态常数。
文现：在＝设文：卜．。＋ｏ…５（Ｘ＋Ｘ。）出
Ｘ，＝Ｘ卜址＋０．５（Ｘ卜Ⅱ＋Ｘ。）Ａｔ
—Ｘ卜。＋Ｘ卜．∞出＋０．２５（Ｘ卜。＋Ｘ。）Ａｔ２
（·）为对时间的导数。将它们代入运动方程，并经
整理得
。
ｍ
２—Ｆ——ｃ（工—卜—。＋—Ｏ一—５Ｘ丽。血百）一丽戤面Ｘ卜万ｍ＋膏丽卜驴出出—＋—０２—５胃卜—。出～２）
其中下标ｆ一出是指￡前～时刻的量。这样就把当前的加速度与当前的力和前一时刻的位移、速度和加速度联系起来，以提高迭代计算的收敛性能。
பைடு நூலகம்

大型海上风力发电机组的载荷分析及载荷优化控制方法

上海市科学技术委员会项目 “深远海上风电机组设计开发及运维相关技术研究” （１６ＤＺＩ２（）３５０５）
图１海上风电机组外部环境
２降载优化控制策略由于海上风电场面对风和波浪的双重负荷的考验，对
ＣＩＩＩＮＡＥｌＥＣＩ’ＲＩＣＡＬｌ（ＪＩｌ’ＭＥＮｒＩＮＤｔ『ＦＲＹ
ＴＥｃ咖ｃＡＬＥＸｃＨＡＮ
术交流
风力发电机组的支撑结构（包含塔架、基础和连接等）要求
从图中可以看出，通过分段停机策略，可以实现降低塔
很高，海上气候环境恶劣，天气、海浪、潮汐等因素复杂多筒底部载荷。
变，风机的安全可靠性要求很高。另外，在整个风电场的投２．２风机软切出
大型海上风力发电机组的载荷分析及载荷优化控制方法
吴俊辉刘作辉李力森黄强陈明亮常璐（华锐风电科技（集团）股份有限公司）
摘要：海上风电具有风能资源丰富、发电利用小时数高、不占用土地、对生态环境影响小和适宜大规模开发等优点，同
时，海上风电面临浮冰、台风、烟雾等复杂的自然务件，对海上风电机组技术要求更高，海上风电场建设难度更大、成本更高，风、波浪、潮汐和潮流等自然因素将影响风力机的动力学特性本文分析了海上风力发电机组的载荷来源及其特性，以三叶片水平轴大型海上风力发电机组为研究对象，利用ＧＨ—ＢＬＡＤＥＤ仿真软件对其进行全耦合仿真，采用了分段停机控制、软切出、塔架加阻等控制方法降低海上风电机组运行载荷，结果表明以上控制方法有效降低了机组栽荷。
近几年随着以英国为代表的欧洲国家大批海上风电项目

螺栓有效载荷计算公式

螺栓有效载荷计算公式
螺栓有效载荷是指螺栓或螺钉能够承受的最大拉力或剪力。

它是工程设计中非常重要的一个指标，能够保证机械装置的安全运行。

螺栓有效载荷的计算公式是根据螺栓的材料、直径、螺纹规格以及紧固力等参数来确定的。

一般而言，螺栓的有效载荷计算公式可分为拉力和剪力两种情况。

对于拉力情况，螺栓的有效载荷计算公式为：
P = F / A
其中，P代表螺栓的有效载荷，F代表螺栓所承受的拉力，A代表螺栓的截面积。

对于剪力情况，螺栓的有效载荷计算公式为：
P = F / A_s
其中，P代表螺栓的有效载荷，F代表螺栓所承受的剪力，A_s代表螺栓的剪切截面积。

在实际应用中，为了保证螺栓的安全性，通常会对螺栓的有效载荷进行安全系数的调整。

安全系数可以根据具体的工程要求来确定，一般建议在设计时选择适当的安全系数，以确保螺栓的可靠性和稳定性。

螺栓有效载荷的计算公式在工程设计中起着重要的作用，它能够帮助工程师评估螺栓的承载能力，从而选择合适的螺栓规格和数量。

合理的螺栓设计不仅可以提高机械装置的安全性和可靠性，还能够减少材料的浪费，降低成本。

螺栓有效载荷计算公式是工程设计中不可或缺的一部分，它能够帮助工程师评估螺栓的承载能力，确保机械装置的安全运行。

在实际应用中，我们需要根据具体情况选择合适的螺栓规格和数量，并考虑安全系数的影响，以确保螺栓的可靠性和稳定性。