风力机疲劳分析fatigueanalysisofwindturbine

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1、2009.10中国昆明2009年清洁高效燃煤发电技术协作网年会1风力机疲劳分析蔡安民，张大同，代海涛国电联合动力技术有限公司，北京市中关村南大街乙56号100044；FatigueanalysisofwindturbineCaianmin,Zhangdatong,Daihaitao16thFloor,FangYuanBuildingSecond56ZhongguancunSouthStreetHaidianDistrict,Beijing100044摘要：本文从风力机疲劳载荷源、风力机结构设计及风力机疲劳寿命要求出发

2、对风力机疲劳问题进行了分析，确定了风力机疲劳分析的方法和步骤。根据风速分布和风力机设计寿命，采用雨流计数法可制定疲劳载荷谱，然后由Palmgren-Miner法则，由疲劳载荷谱可计算风力机疲劳寿命。关键词：风力机；疲劳分析；雨流计数法；疲劳载荷谱Abstract:Thispaperanalysethefatigueofwindturbinederivingfromtheoriginofwindturbinefatigueloads,thestructuredesignofwindturbine,andtherequi

3、rementoffatiguelife.Themethodandprocessofthefatigueanslysisaboutwindturbinearemade.Accordingtowindfrequencydistributionandwindturbinedesignlife,thefatigueloadspectrumisobtainedbyrainflowcountingmethod.Accordingtofatigueloadspectrumthefatiguelifeofwindturbinecan

4、becalculatedbyPalmgren-Minerrule.Keyword:windturbine;fatigueanalysis;rainflowcountingmethod;fatigueloadspectrum.大型风力机的风轮一般是3叶片，由于存在垂直风速0引言梯度与水平风速梯度，造成风速在风轮扫掠面上不均匀分由于风力机处于恶劣的工作环境中，所承受的载荷不布，各个叶片上（包括同一叶片上不同截面位置处）的速确定，在运行过程中存在振动，所以风力发电机组疲劳问度矢量三角形将不相等。风轮在旋转过程中不可能精确地

5、题很复杂，在设计现代大型风力机新的零部件过程中，必对准风向，风轮受到的气动力总是无法与叶片的中心重须深入分析疲劳载荷。合，气动中心处于变动的状态下，从而给风轮造成交变载荷。更由于风速在时刻变化，湍流、阵风等都对风轮产生1风力机疲劳载荷来源激振力。造成风力机疲劳的载荷来源主要有三种：叶片承受的交变载荷会对叶片结构造成疲劳损伤破由于风轮转动，一台额定转速为20rpm的风力机叶轮坏。塔架、轮毂、主轴等关键零部件时刻承受着由叶轮传在20年的运行寿命中可以转动1到2亿次。当转动时，递过来的动载荷，产生疲劳问题。疲劳问题不仅与载

6、荷有重力作用在叶片上的分力会发生变化，从而带来弯矩变关，它还取决于零部件材料的疲劳特性。化，给叶片带来交变载荷。疲劳特性是每种材料都存在着的固有特性。当零部件由于风轮在制造时不可避免的存在质量偏心，即风轮材料所承受的载荷超过了它的疲劳极限时，材料就发生了质心与风轮转动中心不在同一点上，所以风轮在转动过程疲劳破坏。材料的疲劳破坏不仅取决于材料受到的交变载中会由于质量偏心产生交变载荷。荷变动的次数以及所受应力的大小，还在很大程度上取决October20092009CollaborationNetworkAnnualMee

7、tingofCleanandKunming,ChinaEfficientCoal-firedPowerGenerationTechnology2009.1022009年清洁高效燃煤发电技术协作网年会中国昆明于材料的结构形式、材料的表面质量和材料尺寸大小等因析技术来判断可能发生破坏的位置，即危险点，然后确定[1]素。在施加载荷条件下的局部应力-应变响应。对于复杂的加载因此在设计时要充分考虑风力机的疲劳问题，零部件历程，可用循环计数法对载荷进行分析、处理，得出统计所用材料的疲劳特性，从而使风力机达到最佳的疲劳寿规律。最后

8、采用合适的部件或材料寿命曲线进行疲劳损伤命。分析，从而获得疲劳寿命的预计值。具体步骤如图3所示[3]。2风力机结构设计要求[2]在工程设计中，风力机结构设计要求通常分为三类：极限载荷要求，抵抗风力机使用寿命期间罕见的极限载荷破坏；疲劳寿命要求，抵抗低于极限强度载荷重复作用下的疲劳破坏；刚度要求，目的是偏离共振频率或者将振动频率控制在一定范围内。