张楚翔，杨〓扬，孙刚峰，刘二恩，李永奎
(许昌许继风电科技有限公司，河南 许昌〓461000)
摘要：针对风力发电机变桨柜焊缝开裂问题，对变桨柜进行结构优化和强度评估，并进行现场应力测试验证。首先采用Simpack软件对变桨柜总装结构进行动力学建模和仿真分析，确定变桨柜应力幅值变化最大的危险位置对其进行有限元分析；接着采用有限元分析软件ANSYS及疲劳分析软件Fesafe对变桨柜进行焊缝极限强度与疲劳强度评估；最后采用应变应力测试装置对风场运行的变桨柜进行焊缝动态应力测试。结果表明，优化后的变桨柜焊缝极限与疲劳强度安全系数均大于1，满足GL规范强度设计要求；风场测量的焊缝最大应力幅值与有限元分析计算的应力幅值相比最小误差为6.8%，验证了有限元分析方法的准确性，为有效解决风力发电机变桨柜焊缝开裂问题提供了参考方法。
关键词：风机变桨柜；焊缝强度；动力学分析；有限元分析；应力测试
中图分类号：TH123+3；TK83〓文献标识码：A〓文章编号：2095-509X(2018)02-0109-05

风力发电机电动变桨系统作为风机功率控制和安全运行的重要执行机构，在机组运行控制过程中发挥着十分重要的作用。目前国内风机主要采用电动变桨系统，关键的电气控制部件集成安装在变桨柜体内。变桨柜体是支撑和保护变桨控制元件的重要机械部件，其结构安全性是整个风电机组结构安全性的重要内容之一。
变桨柜体一般由合金钢焊接而成，通过螺栓及弹性支撑安装在轮毂内并随风轮转动，不断承受动态载荷，易发生疲劳断裂，造成风机故障，影响变桨系统的可靠性。目前对于风力发电机组内部结构件的强度分析，大多集中于轮毂、主机架、后机架和塔筒等部件［5-9］，对轮毂内部安装的变桨柜体的强度分析却很少，而在风场实际运行中发现，变桨柜体在运行几年后出现了柜体开裂的现象。针对此问题，本文采用有限元分析与现场测试验证相结合的方法，对变桨柜体进行了开裂原因分析、优化设计与强度校核，并与风场变桨柜体的应力测试结果进行了对比验证，解决了风场变桨柜体开裂的问题。
1〓变桨柜体开裂原因分析及优化设计
1.1〓变桨柜体开裂原因分析
本文所研究的风力发电机变桨柜在轮毂内相互成120°均匀分布，每个变桨柜通过柜体底部的4个螺栓及弹性支撑连接到轮毂凸台支座上。3个变桨柜体之间则通过6根可调连杆以铰链形式相互连接，12组弹性支撑共同承受3个柜体的重力。根据风场统计，变桨柜体开裂位置主要集中在柜体安装支座附近的底板焊缝边缘，最初表现为焊缝裂纹，裂纹逐渐扩展形成柜体开裂。变桨柜的总体装配结构及焊缝主要开裂位置如图1所示。

图1〓变桨柜总体装配结构及底板焊缝开裂位置

从开裂变桨柜体的结构可以看出，变桨柜由薄板焊接而成，装配后整体为悬伸结构，柜体安装底板一侧仅有一块加强筋板，而安装孔附近没有加强
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作者简介：张楚翔（1987—），男，河南漯河人，许昌许继风电科技有限公司工程师，硕士，主要从事风力发电机组结构部件设计校核研究。


（文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289）

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