解決方案
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風(fēng)電
風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)中載荷仿真是必不可少的。目前,盡管有些新類型的發(fā)電機(jī)具有其他類型主軸承或齒輪箱概念,對(duì)性能和可靠性的要求也日益增加,但在載荷仿真中應(yīng)用極簡(jiǎn)化的模型。該方法的基礎(chǔ)理念是它們只針對(duì)某些特定變量提供時(shí)域載荷譜,而不是針對(duì)所有元件。那些復(fù)雜的單位,如齒輪箱中無(wú)數(shù)的動(dòng)力元件以及它們對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)中其它部分的反作用則被看做黑匣子。這種模型不能充分滿足齒輪箱的所有要求,因此不是一種很可靠的設(shè)計(jì)。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的滾動(dòng)軸承需承受高的﹑極端交變的載荷,以及因安裝地點(diǎn)不同引起的差異很大的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。軸承處于動(dòng)力系統(tǒng)的中心,也是整個(gè)發(fā)電機(jī)的中心。因此,滾動(dòng)軸承的發(fā)展關(guān)系到整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),在這個(gè)系統(tǒng)中每個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)元件是獨(dú)立且相互作用的。復(fù)雜的仿真程序使得工程師們?cè)谏a(chǎn)前能模擬測(cè)試各種元件,從而改善不同載荷條件下風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可靠性和成本效益。
在一個(gè)合作開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中,舍弗勒集團(tuán)工業(yè)事業(yè)部﹑風(fēng)力發(fā)電機(jī)生產(chǎn)商德國(guó)瑞能股份公司(Repower Systems AG)和齒輪箱生產(chǎn)商德國(guó)Eickhoff動(dòng)力技術(shù)股份有限公司共同開(kāi)發(fā)了一個(gè)仿真系統(tǒng),可以計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)中動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)工作載荷。這種復(fù)雜的多體仿真系統(tǒng)使用有限元(FEM)計(jì)算,使得在設(shè)計(jì)階段就可以優(yōu)化動(dòng)力系統(tǒng)中的每個(gè)元件,它們之間的相互作用,以及整個(gè)發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)。這使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)在各種載荷條件下的設(shè)計(jì)和運(yùn)行更加可靠,更具成本效益。
1.可靠的設(shè)計(jì)
這種新開(kāi)發(fā)的多體仿真模型能夠以前所未有的精確度完成疲勞載荷和極端載荷(如急停或電流短路)條件下的完整計(jì)算。這使得風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)更加可靠。這種在早期便能分析和評(píng)估設(shè)計(jì)可選方案的能力確保了開(kāi)發(fā)過(guò)程的安全性。這樣在整個(gè)過(guò)程中可以較早地改變?cè)O(shè)計(jì),從而使開(kāi)發(fā)成本顯著降低。
2.加強(qiáng)更深入的了解系統(tǒng)
與傳統(tǒng)仿真程序如FLEX5®或BLADED®相比,混合FEM-MBS模型包含所有彈性結(jié)構(gòu)元件如框架﹑軸承座﹑行星齒輪架﹑齒輪和軸承的詳細(xì)的剛度矩陣和質(zhì)量子模型。BEARINX® 滾動(dòng)軸承計(jì)算程序先創(chuàng)建齒輪箱模型,然后是幾何尺寸﹑齒輪箱元素的布置以及使用的軸承。新開(kāi)發(fā)的軟件家族使用這款BEARINX®模型來(lái)創(chuàng)建多體仿真。預(yù)處理程序DynPre®從BEARINX®齒輪箱數(shù)據(jù)和其他發(fā)電機(jī)元件(塔架﹑葉片﹑發(fā)電機(jī)等)的幾何尺寸和材料特性的附加數(shù)據(jù)中產(chǎn)生仿真模型。與其他方法相比,這個(gè)程序是自動(dòng)的,因而無(wú)誤差﹑精確并且速度特別快。SAMCEF-MECANO程序用來(lái)創(chuàng)建實(shí)際的多體仿真。隨后, DynDP®程序準(zhǔn)備好用來(lái)分析的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以從圖表﹑膠片以及三維視圖上看到。這個(gè)程序?qū)⒎诸愝d荷時(shí)域序列作為先決條件,把動(dòng)力學(xué)和元件間的相互作用考慮在內(nèi),計(jì)算額定壽命。在整個(gè)工作壽命中,每一點(diǎn)的載荷都能及時(shí)得到評(píng)估。甚至有些極端載荷狀況,如急?;螂娏鞫搪?,都能被模擬并且得到詳細(xì)的值。它們的作用影響到整個(gè)系統(tǒng),每個(gè)子系統(tǒng),甚至獨(dú)立的滾動(dòng)接觸—通常要考慮所有動(dòng)態(tài)條件和效果。
為了對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)元件的動(dòng)力載荷有一個(gè)全面的理解,項(xiàng)目伙伴將他們的產(chǎn)品和計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜的多體仿真模式(MBS model)的開(kāi)發(fā)。舍弗勒集團(tuán)開(kāi)發(fā)的BEARINX®滾動(dòng)軸承計(jì)算軟件是可以快速生成完整齒輪箱的動(dòng)力仿真模型,并能看到結(jié)果的中心程序。BEARINX® 提供極其精確而可靠的動(dòng)力系統(tǒng)仿真,因?yàn)樗芾L制出軸﹑齒輪齒,軸承和一直到每個(gè)滾動(dòng)接觸的運(yùn)行。與彈性仿真和鄰近元件及軸承座的有限元(FEM)計(jì)算相結(jié)合,BEARINX®可以達(dá)到最高建模水準(zhǔn)。