H型垂直轴风电机组主轴系统结构分析方法的研究

【摘要】：风力发电是具有大规模发展潜力的可再生能源。H型垂直轴风电机组由于其优越的空气动力学性能,应用愈来愈广泛。主轴系统是垂直轴风电机组联结风轮和齿轮增速箱的重要组成部件,受力复杂,其结构特性直接影响风电机组的寿命。论文根据结构动力学、有限元分析理论,结合风力发电机组设计规范,对H型垂直轴风电机组主轴系统进行了深入系统的研究,为H型垂直轴风力机主轴系统设计提供依据。论文主要研究内容和成果如下:(1)研究了大型H型垂直轴风电机组的工作原理、整机结构,明确了其主轴系统的设计要求和结构特点。并确定主轴系统结构分析的方案。(2)研究应用于H型垂直轴风电机组主轴系统结构分析的相关理论。根据Hertz接触及弹性流体润滑理论对主轴回转支承轴承在润滑状态下的综合径向刚度进行了理论计算,分析了主轴系统结构分析中轴承忽略油膜刚度的合理性,为主轴系统准确分析提供依据。(3)结合研发的H型垂直轴风电机组主轴系统结构,研究建立基于非线性接触分析的有限元建模方法。应用大型通用有限元分析软件Ansys,分析校核了主轴系统在极限载荷工况下静强度、静刚度。(4)研究主轴系统在径向负载下的柔度理论分析方法,对主轴系统的支承跨距进行了优化分析,得到了合理的支承跨距,改善了主轴系统动力学性能。 【关键词】：H型垂直轴风电机组 主轴系统 非线性接触 油膜刚度 支承跨距 动力学性能
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 课题研究的背景8-12
• 1.1.1 风力发电概况8-10
• 1.1.2 垂直轴风电机组10-12
• 1.2 国内外垂直轴风电机组研发现状分析12-13
• 1.2.1 国外发展现状12
• 1.2.2 国内发展现状12-13
• 1.3 课题研究的目的和意义13-14
• 1.3.1 课题研究的目的13-14
• 1.3.2 课题研究的意义14
• 1.4 课题研究的内容及论文结构14-16
• 2 H型垂直轴风电机组及其主轴系统的结构16-22
• 2.1 H型垂直轴风电机组整机结构16-17
• 2.2 H型垂直轴风电机组主轴系统结构17-19
• 2.3 主轴系统结构分析技术方案19-22
• 3 主轴系统结构分析的理论基础研究22-42
• 3.1 H型垂直轴风电机组主轴系统的载荷分析22-23
• 3.2 主轴系统结构分析方法23-25
• 3.3 弹流润滑理论下主轴系统轴承刚度分析25-42
• 3.3.1 经典HERTZ接触理论下主轴轴承刚度27-35
• 3.3.2 弹流润滑下油膜法向刚度分析35-39
• 3.3.3 弹流润滑下轴承综合刚度分析39-42
• 4 H型垂直轴主轴系统结构强度分析研究42-64
• 4.1 主轴系统有限元模型42-48
• 4.2 主轴系统结构强度分析48-53
• 4.2.1 主轴系统结构分析边界条件48-53
• 4.3 主轴系统结果评价53-64
• 5 主轴系统支承跨距优化分析64-78
• 5.1 风电机组主轴系统径向柔度理论分析64-70
• 5.2 主轴动力学分析70-78
• 5.2.1 主轴动力学分析理论70-71
• 5.2.2 主轴支撑跨距优化分析71-78
• 6 结论与展望78-80
• 6.1 论文主要结论78
• 6.2 后续研究工作展望78-80
• 致谢80-82
• 参考文献82-86
• 附录86
• A. 攻读硕士学位期间参与的课题研究86

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