gap單元在風電機組偏航軸承建模上的應用

1、作者簡介：作者簡介：黃文（1983），男，碩士，碩士期間專業(yè)為機械設計，研究方向是風力發(fā)電機組，2011年畢業(yè)后一直從事風力發(fā)電機組研發(fā)工作。聯(lián)系電話：13772179295，郵箱：88177347@。GAPGAP單元在風電機組偏航軸承建模上的應用單元在風電機組偏航軸承建模上的應用黃文、蘭洋、李騰飛、戴曉亮（特變電工新疆新能源股份有限公司，西安，710119）摘要摘要：針對風力發(fā)電機組偏航軸承結構與受力的復雜性，提出一種新的偏航軸承簡化

2、建模方法。本文主要對某MW級風電機組偏航軸承內(nèi)圈與主機架連接螺栓、外圈與塔筒連接螺栓的強度進行分析，分析模型中利用GAP單元模擬偏航軸承滾珠與內(nèi)外圈之間的接觸來實現(xiàn)力的傳遞。結果表明，GAP單元可有效的模擬軸承實際受力及力的傳遞，從而為偏航軸承建模提供一種有效的簡化方法。關鍵詞關鍵詞：風力發(fā)電機組；GAP單元；偏航軸承；有限元；簡化方法TheTheApplicationApplicationofofthetheGAPGAPElement

3、ElementininthetheYawYawBearingBearingofofWindWindTurbineTurbineHuangWen、LanYang、LiTengFei、DaiXiaoLiang（TBEASOLARCO.LTDXi’an710119）AbstractAbstract:Accdingtothecomplexityofwindturbineyawbearingstructurestressanovelapproac

4、htosimplifyitwasproposed.ThepapermainlyanalysesthestressofboltswhichconnectthemainframeinnerringtowerouterringinoneMWwindturbine.TheGAPelementisusedtoreplacetheballfsimulatingthecontacttransmissionofloads.Theresultindica

5、testhattheGAPelementcansimulatetheactualstresstransferfceofthebearingeffectuallysoitcanprovideaneffectivemethodfthemodelingofyawbearing.KeyKeywdswds：thewindturbineGAPelementyawbearingfiniteelementthesimplifymethod0引言引言軸承

6、是風電機組的重要組成部件，主要包括主軸軸承、變槳軸承、偏航軸承、發(fā)電機軸承及齒輪箱軸承。其中偏航軸承通過螺栓分別與主機架和塔筒連接，維持偏航系統(tǒng)的穩(wěn)定與運轉(zhuǎn)，對整個機組的受力特性、穩(wěn)定性、震動與噪音等都起著至關重要的作用。當風向改變時，偏航軸承旋轉(zhuǎn)使風輪正對風向，以捕獲更多的風能[1]。偏航軸承是四點接觸球軸承，尺寸龐大且結構復雜，當計算與偏航軸承相連零部件的強度時，若對偏航軸承采用實體建模，所需計算量較大，且計算過程不易收斂。這就需要

7、尋求一種對偏航軸承有效的簡化方法，既能提高計算效率，同時又不影響與之相連零部件的強度計算結果。文章利用有限元分析軟件MSC.MarcMentat中的GAP單元[2]代替滾動體，模擬滾動體與內(nèi)外圈之間的接觸特性，來實現(xiàn)偏航軸承的簡化及力的傳遞。同時對模型進行加載，計算軸承內(nèi)外圈連接螺栓的強度，強度結果比較理想，可以為后期偏航軸承建模提供一種新的思路。1GAP單元的屬性特征單元的屬性特征1.1GAP單元的模式單元的模式GAP單元有三種模式：

8、真實距離模式，用于幾何非線性分析；方向固定模式，用于體不穿透給定平面的線性或非線性幾何分析中；第三種模式通過用戶子程序GAPU中指定閉合距離和間隙方向，間隙方向和距離可在分析過程中被更新以模擬沿曲面的滑動[2]。1.2GAP單元特性描述單元特性描述根據(jù)四點接觸球軸承的傳力特點，采用GAP單元代替滾動體模擬軸承內(nèi)外圈的接觸及力的傳遞。GAP單元采用真實距離模式，在接觸體之間建立接觸點對，不考慮滾子變形，將gap單元設置為剛體。初始接觸點處

9、的gap單元設置為初始接觸，其余gap單元初始設置為非接觸，gap單元長度為滾子直徑。模型中GAP單元過多就不易收斂，此例中滾動體與內(nèi)外圈接觸的點對有14對，故采用14個GAP單元代替一個滾動體進行接觸應力分析，所得模型收斂性好。在有限元分析軟件MSC.MarcMentat中建立有限元模型，模型采用8節(jié)點六面體7號單元劃分，單元大小為10～30mm，單元數(shù)總共112902個，如圖3和圖4所示。圖3有限元模型圖4局部細節(jié)圖3計算模型的接觸