兆瓦级风电制动器热-结构耦合仿真研究

针对大兆瓦风电制动器制动过程,考虑制动摩擦副作用区域宽度及其影响下的线速度径向差异,提出速度梯度循环法,对制动过程摩擦副进行热-结构耦合分析.基于ANSYS软件建立制动器摩擦副三维瞬态传热有限元模型,运用速度梯度循环法推导出热流密度的加载式,用以计算制动过程中产生的摩擦热流,对制动区域温度场进行数值模拟.从分析结果表明制动闸片摩擦区域温度分布在制动盘径向呈现弧度明显的等温分布,温度梯度随半径增大而增大.以速度梯度循环法将热分析结果代入结构场对闸片摩擦区域受力及变形进行耦合分析并预估其磨损状况.通过与传统均匀加载方法对比发现使用速度梯度循环法的分析结果与实际更为接近.所提出的分析方法为模拟大尺寸盘式制动器的摩擦制动过程提供参考.

大功率风电制动器制动稳定性研究

风电制动器是大功率风力发电机组制动系统中不可或缺的配套装置,其制动稳定性直接影响到风机制动系统的正常运行.基于风电制动器刚柔耦合动力学模型,仿真分析了不同初始制动转速、制动力、制动盘-闸片摩擦系数下大功率风电制动器的振动特性.根据影响振动的两个主要因素——加速度变化率和振动动能,得出风电制动器制动稳定性判定方法,并利用该方法对制动器制动稳定性进行了研究.通过风电制动器惯性试验台的试验结果,验证了所建立的风电制动器刚柔耦合模型的准确性,进而间接验证了制动稳定性判定结果的准确性.该研究为大功率风电制动器设计、制动参数匹配优化及制动可靠性分析提供参考.

风电制动器关键零部件制造技术及制动效果试验

制动器是风力发电机组中的关键装置,其作用是在发电机组日常维护、故障维修或超风速时进行制动,保证各项作业的安全、正常开展。为确保风电制动器在紧急情况下能做到机组的全面停机,必须要使用成熟、可靠的关键零部件制造技术。本文首先介绍了基于制动器补偿零件的挤压切削加工方案,并着重分析了挤压切削参数的和加工方案的设计要点以及零件表面处理工艺。随后设计了风电制动器制动效果试验,对比分析原制动器和改进后制动器的制动效果。结果表明,改进后的制动器在制动过程中无回退,制动速度范围更大,并且在不同转速下的制动时间均有明显缩短,整体制动效果更好。

风电盘式制动器制动闸片磨粒磨损仿真分析

针对风电制动器制动过程中制动闸片产生的摩擦磨损,借助有限元方法对制动过程中制动闸片的磨粒磨损进行有限元仿真.将制动盘/闸片相互作用的磨粒磨损过程简化为磨粒压入、滑移、卸载三个阶段,并根据磨损机理的不同将磨粒分为划擦型磨粒和刻划型磨粒.借助Rabinowicz单磨粒磨损模型分别推导出制动盘/闸片磨损过程中磨损量和划擦力的计算模型,并基于ABAQUS有限元软件分别对划擦型磨粒和刻划型磨粒制动过程中产生的磨粒磨损进行有限元仿真分析验证单磨粒磨损量和划擦力计算方法.

风电主轴盘形制动器温度场的数值模拟

制动摩擦热对摩擦副的摩擦学特性有着重要影响。根据制动摩擦热分析理论,建立了风电主轴盘式制动器摩擦副的有限元模型,并模拟了风电制动过程的三维瞬态温度场,获得了风电主轴制动器紧急制动工况下的温度场分布。结果分析表明,制动盘表面温度场呈非对称分布,且温度高和温度低的区域区别显著,摩擦副径向、轴向和周向上存在较大的温度梯度并预测了制动盘可能存在安全隐患的部位。得到风电主轴单次制动120 s内的摩擦副热量产生与耗散曲线,预测了单次制动后摩擦副恢复常温所需时间。

风电高速轴制动器温度场及热力耦合分析

大型风电制动器紧急制动涉及摩擦、流体、热弹性、高能量密度摩擦副等多物理场耦合,为了进一步揭示其摩擦功传热原理,基于传热性能分析理论,推导风电高速轴制动器热-机耦合三维有限元数学模型,利用有限元分析软件Abaqua瞬态完全热力耦合法,研究风电高速轴刹车盘热应力特性。结果表明,风电制动器对偶件由于接触不均匀,导致温度在盘圆周方向推移的时效性及不对称性特征。解释了由于换热和热流输入的循环交替变化引起温度在半径方向上的温升及应力变化规律,并针对热应力集中区产生热裂纹萌生及扩展情形进行推理论证,对大型风电机高速轴刹车盘转速过高状态下的高热能摩擦作用机制研究具参考作用。

风电盘式制动器温度场有限元分析

提出了一种在ANSYS软件中基于多载荷步和热流密度的风电盘式制动器温度场分析方法。根据制动力矩、转速、接触面积、材料属性等计算作用于制动盘和制动片上的热流密度。将制动片上的热流密度定义成关于时间的函数表,将制动盘总转动角度等分成若干份并施加相应的热流密度,形成系列转动的热流载荷步。分析计算了某1.5 MW风电制动器温度场,得到制动片和制动盘上的最高温度以及温度分布规律。

制动工况下风电偏航摩擦片声学特性研究

针对兆瓦级风力发电机偏航制动器在低速、重载工况下出现摩擦尖叫的现象,本文利用声学仿真方法模拟偏航摩擦片在制动工况下的声学辐射特性,采用正交试验法,通过直观分析与方差分析研究偏航压力、偏航速度、摩擦系数对摩擦片总声压的影响。结果表明偏航制动系统2 m处的总声压随着偏航速度的增大而增大,偏航制动器垂直方向的辐射声压比水平方向的大;在频域范围内1375 Hz附近的声压最大,3000~5000 Hz存在连续高声压;偏航速度对偏航制动系统的总声压影响最大,偏航压力的影响次之,摩擦系数的影响最小;通过合理选择偏航运行工况,可以降低偏航制动系统的总声压,从而达到减小噪音的目的,进而为偏航制动器的设计提供理论指导和数据参考。

基于制动器摩擦副销-盘试验的第三体摩擦磨损特性研究

风电制动器因其制动工况多变,摩擦副表面的第三体成分复杂且大小各异,在第三体影响下摩擦副的摩擦磨损特性仍有待研究。以服役期内风电制动器摩擦副为研究对象,对附着在风电制动器摩擦副表面的第三体成分及尺度进行检测。检测结果表明,风电制动器摩擦副表面第三体的主要成分为铁铜磨屑及沙石颗粒,且其尺度均在百微米级。利用销-盘摩擦磨损试验机研究具有上述成分及尺度第三体对摩擦副摩擦磨损特性的影响。试验结果表明:摩擦初期第三体在摩擦副间产生滚动起减摩作用,摩擦因数大幅减小;随着磨损程度的加剧,摩擦因数大幅上升,摩擦副提前进入剧烈磨损阶段;铁颗粒会加剧摩擦副磨损缩短其使用寿命,沙颗粒会导致制动过程摩擦力矩大幅波动,铜颗粒会导致制动力的不足。