风力发电塔基础预应力锚栓T型法兰连接系统计算方法研究

由于锚固区域基础刚度的影响,风力发电塔基础预应力锚栓组件受力不同于塔筒钢管间锻造法兰连接系统。基于Petersen计算方法的原理,推导出适用于预应力锚栓式风力机基础的计算方法,建立包含锚栓组件在内的单区隔和整体有限元模型研究基础约束刚度的空间效应。通过对单区隔和整体有限元计算所得锚栓拉力的对比发现,基础约束刚度的空间效应可忽略不计;通过对整体有限元模型计算结果和工程算法计算结果的对比,验证了工程算法的精度。

矩形钢管混凝土束剪力墙风机塔筒L型连接节点力学性能研究

针对目前风机塔筒结构发展受限于结构高度与安装效率的问题,本文提出了一种L型螺栓连接的矩形钢管混凝土束剪力墙风机塔筒,并且针对螺栓关键连接区域进行了力学性能研究。最后通过有限元建模的方法对塔筒单片矩形钢管混凝土束剪力墙在面外以及面内荷载下的性能表现进行了分析,并且给出了相关设计建议。研究结果表明塔筒螺栓连接区域在单轴拉伸下的破坏模式为连接板弯曲变形以及螺栓拉断。塔筒单片剪力墙的面内初始刚度及承载力要显著高于面外。综合考虑剪力墙力学性能的提升效率以及剪力墙各部件的应力分布状态,建议当螺栓直径为20 mm时,连接板厚度不应大于螺栓直径;建议当连接板厚取20 mm时,螺栓直径取其1.2倍。

齿轮箱销套螺栓的连接强度分析

主轴与齿轮箱的连接是风电机组传动链中的重要结构,销套-螺栓连接形式的传扭结构得到了越来越多的应用,但目前针对销套-螺栓连接结构极限和疲劳强度的研究还较少。为此,建立了销套-螺栓连接结构有限元模型,对极限强度和疲劳强度进行了安全性评估。首先,建立了包含销套、螺栓、主轴以及齿轮箱等部件的有限元模型;然后,校核了各部件在极限扭矩下的极限强度,并分析了不同扭矩下结构的应力情况;最后,提出了考虑非线性应力情况的疲劳强度计算方法,并校核了结构疲劳强度。研究结果表明:销套-螺栓连接结构的传扭可分为三个阶段,第一阶段为外圈螺栓传扭,第二阶段为外圈销套与内圈螺栓传扭,第三阶段为外圈销套与内圈销套传扭;传扭过程中载荷与应力存在明显的非线性关系,疲劳强度分析需要考虑相应的非线性关系;传扭结构应力最大点和疲劳最大点均位于主轴侧销孔,应力为553 MPa,疲劳数值为0.1355,因此,设计时需要重点关注主轴接口的强度情况,保证连接的可靠性。

基于叶根形变数值模拟的预埋螺栓套位置变化规律研究

针对固化变形和残余应力引起预埋螺栓套位置变化、影响装配及使用寿命的问题,采用Path-dependent本构模型,分析真空辅助树脂传递成型工艺中残余应力与固化变形之间的关系。通过数值模拟和工艺实验,找到叶根形变引起的预埋螺栓套位置变化规律。结果表明:预埋螺栓套的位置变化规律可以为叶根数字化制造中位置预测补偿提供理论依据。

风电混塔螺栓健康智能监测系统研究

针对风电混塔工程中的螺栓松动问题,基于声弹性原理间接获得螺栓轴向预紧力与超声波在螺栓中传递时间的变化关系,提出基于超声波检测的风电混塔螺栓健康监测方法。通过螺栓健康监测单元、风机光纤环网、螺栓健康监控平台、云服务平台共同构成的监测系统,实现了混塔螺栓健康数据的采集、处理、存储、分析、评估和云服务。经工程验证表明,健康监测方法能够快速准确地实现螺栓的自动化监测,在螺栓健康的自动化监测、云平台管理方面具有好的应用前景。

风力发电机组高强螺栓不同润滑工艺的影响研究

针对风力发电机组高强螺栓现有的半涂抹和全涂抹润滑工艺,通过试验测试对比方法分析了在各种工艺下螺栓的转矩系数、稳定性及防松可靠性。结果显示,采取半涂抹工艺润滑时,螺栓转矩系数高,防松性能好,但转矩系数的离散性较大,生产和使用过程中都不容易控制,大批量推广时更容易导致螺栓的失效;采用全涂抹工艺润滑时,螺栓转矩系数低,防松性能差,但其转矩系数稳定,标准偏差小,对该工艺进行增加防松垫圈改进后,防松性能有明显改进,更适合大批量应用。该研究对风力发电机组高强螺栓的设计具有参考意义,为高强螺栓的安装使用提供了指导。

T/CRES 0019-2023《风力发电机组叶片螺栓组件》标准解读

紧固件领域叶片螺栓组件团体标准T/CRES 0019—2023《风力发电机组叶片螺栓组件》于2023年10月正式发布,其规定了风电叶片螺栓组件的型式与结构、技术要求、试验方法、检验规则等内容,为风电叶片螺栓组件的设计、制造与检验提供依据。本文介绍了该团体标准研制背景与意义、任务来源及制定过程,并详细解读了标准的主要内容,分析了标准的实施效果及后续工作建议,旨在促使相关方更好地理解该标准内容及使用该标准,推动该标准的广泛应用。

风力发电机组高强度螺栓的疲劳预测

风力发电机组法兰盘和叶根轮毂处通过高强度螺栓进行连接,大多数风力发电机塔筒发生倒塌就是连接螺栓疲劳所导致的。为了减少此类塔筒倒塌事故的发生,提出了一种新的螺栓疲劳损伤分析和预测方法。针对2.0 MW风力发电机组的高强度连接螺栓,采用超声探头和温度传感器采集螺栓数据,获得螺栓随机应力谱;然后基于雨流计数法和Goodman公式修正应力谱,提取应力循环数据;最后基于螺栓材料S-N曲线和Miner线性累计损伤理论,构建螺栓疲劳预测模型。实验结果表明,所估算的螺栓疲劳损伤远小于螺栓疲劳极限,满足风力发电机组的设计寿命要求。

某风电机倒塔事故分析及防范措施

为查明某风电机发生倒塔事故原因,对设备的安装工艺、损伤形貌、材料性能、监控数据等进行分析。结果表明,安装阶段该风电机部分塔架法兰连接螺栓、螺母润滑剂涂刷不规范,紧固后预紧力未达到设计值;前期运行阶段塔架存在异常振动,导致法兰连接螺栓在交变载荷作用下,大量螺栓松动、螺母脱落,塔架法兰螺栓群受力不均;最后1次并网时,风电机塔架受力突增,未松动的螺栓无法承受设计载荷,相继发生脱扣、断裂,导致塔架失稳发生倒塔事故。针对该事故提出了防范措施,保证风电机安全稳定运行。

预应力锚栓风机基础环形局压承载力研究

基于预应力锚栓风机基础中的局压应力在现行规范中没有给出对应的计算公式这一事实,论文阐述混凝土的套箍强化理论,介绍预应力锚栓风机基础常见的配筋设计体系,利用套箍理论分析求解,给出风机基础的环形局压承载力计算公式的建议方法。

风力发电机组预应力锚栓失效分析及对策研究

近些年,风力发电机组大量投入运行,风机倒塔事件在各地频发,其中一部分倒塔是由于预应力锚栓失效导致。通过对基础缺陷、工具使用不当、锚栓笼安装不到位等锚栓失效案例进行分析,提出了对基础缺陷所在位置打孔,采用无机和有机灌浆料对基础进行灌浆加固处理等相对应的解决方案以及预防措施,取得了良好的效果,具有进一步推广价值。

风电叶片不同预埋结构端面承载性能仿真分析

利用ANSYS有限元软件,对风电叶片叶根端面3种结构形式进行有限元建模和仿真计算,对比结构下叶根预埋螺栓套界面的响应载荷,探讨叶根端面结构不同对承载的影响,为后续大型风电叶片设计开发提供理论依据。结果表明,在极限承载方面,预埋螺栓套凸出叶根玻璃钢端面结构的界面载荷最低;在疲劳承载方面,预埋螺栓套低于叶根玻璃钢端面结构的界面载荷变化率最小。综合考虑承载性能和结构工艺性能,预埋螺栓套与叶根玻璃钢端面齐平结构拥有较好的应用前景。

螺栓预紧力对风力发电机组变桨轴承强度影响的研究

变桨轴承是风力发电机组的核心传动部件,为研究螺栓预紧力对其强度的影响,以某型风力发电机组三排滚柱回转支承为研究对象,通过有限元方法建立“轮毂-轴承-叶片”模型,利用梁单元模拟螺栓并施加预紧力,非线性弹簧单元模拟实体滚子,进行变桨轴承静力学仿真计算。对比不同螺栓预紧力下极限工况对三排滚柱回转支承套圈应力、位移、滚动体接触载荷分布规律的影响及螺栓自身强度。结果表明,减小螺栓预紧力时,轴承套圈油槽位置应力减小,滚动体接触载荷减小,套圈位移增大。考虑到轮毂侧的滚动体承载略大于叶片侧,实际装配过程中可适当增大内圈螺栓预紧力。

Fatigue Life Prediction for Flange Connecting Bolts of Wind Turbine Tower

Flange joint part is the weak link of wind turbine tower.In view of the special structure,complex stress and easy failure of the connecting bolt of the wind turbine tower flange,the relationship between the external load of the tower section and the internal stress of the bolt is established by the finite element method,and the time series internal stress of the bolt is calculated by the Schmidt-Neuper algorithm.The S-N curve which is suitable for the connecting bolt material of the tower flange is selected by the GL2010 specification.On the basis of Miner’s fatigue cumulative damage theory and rain flow counting method,the fatigue strength of the whole ring bolt is roughly calculated,and the most dangerous part is determined.The axial symmetry model of screw connection is used for accurately calculating the fatigue cumulative damage of the bolt at the dangerous part.The results show that the fatigue life of the bolts in the most dangerous position can meet the requirements,the engineering algorithm has advantages in determining the dangerous part of the whole ring bolt,and the finite element method has high accuracy in predicting the fatigue life of the bolts in the dangerous part.The proposed method is feasible and effective in predicting the fatigue life of the flange joint bolts of the tower.

摩擦和常温蠕变对风电螺栓预紧力松弛的敏感性分析

针对风力发电机螺栓由于预紧力松弛而导致的疲劳断裂问题,以风电塔筒环形法兰连接单段模型为研究对象,采用有限元的方法进行摩擦和常温蠕变对预紧力松弛的敏感性分析。结果表明:摩擦系数降低时螺纹最大应力降低了8.04%,平均应力增大了16.4%,且材料蠕变特性较低和屈服应力较高时预紧力仅分别减小了15.74%和6.37%。因此,当螺纹接触处和外部接触表面的摩擦较低,且螺栓材料具有较低蠕变特性和较高屈服强度时,螺栓抗蠕变性能较好且不易发生预紧力松弛现象。此时螺栓连接状态和预紧力分布较好,螺纹最大应力较小,且法兰间的接触压强和夹紧力较高,有效减小了预紧力松弛。研究结果为解决风电螺栓预紧力松弛问题提供了理论依据。

风力机塔筒双盖板穿芯螺栓连接疲劳性能研究

提出一种矩形钢管混凝土束风力机塔筒结构,并对该塔筒结构双盖板穿芯螺栓连接节点进行高周疲劳试验和有限元分析,得到节点的疲劳破坏模式和疲劳寿命。结果表明:矩形钢管混凝土束风力机塔筒双盖板穿芯螺栓连接节点疲劳破坏模式为高强螺栓受剪破坏,破坏集中在钢板连接处。螺栓在钢砼连接面和螺帽处产生疲劳裂纹,在剪切疲劳作用下,穿芯螺栓断裂为3段。有限元分析表明,螺栓规格对试件疲劳性能影响较大,增加螺栓直径,能提高节点的疲劳寿命,但疲劳极限值会减小;盖板厚度对疲劳性能影响不明显。

基于柔度系数影响线的风力机塔架法兰螺栓松动识别方法研究

基于平截面假定等基本假定,建立基于局部螺栓松动的法兰螺栓群受力模型;引入影响线概念,提出了基于柔度系数影响线的风力机塔架法兰主风向局部螺栓松动检测方法;通过绘制机头方位角-柔度系数曲线,实现了主风向局部螺栓松动位置识别和程度评估。建立风力机塔架连接法兰螺栓群有限元分析模型,验证了检测方法的有效性。通过在风力机塔架连接法兰拼接处呈正交方位布置应变计,并接入到风力机SCADA系统,与风向角、轮毂转速等上部机组参数同步采集,编制在线分析程序,提出基于影响线的风力机塔架法兰螺栓松动识别在线监控和评估方法,供实际工程选用。

风力发电机塔筒法兰高强度螺栓疲劳强度分析

以风力发电机塔筒法兰高强度螺栓为研究对象,考虑外载对疲劳损伤的影响,建立风力发电机塔筒法兰高强度螺栓疲劳强度分析的方法.首先,以连接截面受力状况作为损伤参量,借助塔筒等效模型确定最大受载截面;其次,采用Schmidt-Neuper算法获得塔筒任意扇面所受外载,并基于有限元模型研究外载与高强度螺栓内应力的关系,建立高强度螺栓疲劳损伤分布模型;最后,考虑预紧力的影响,对比研究不同螺栓预紧力疲劳累积损伤值,确定最优螺栓预紧力.结果表明,整圈法兰螺栓疲劳累积损伤最大位置为-4.17°和175.87°,预紧力比例为70%时螺栓预紧力最为合适.

预应力锚栓对风机基础应力分布的影响研究

针对预应力锚栓对风电机组扩展式基础应力分布的影响,以某10MW分散式风电项目为例,建立了有限元模型进行工程力学数值模拟。结果表明,锚栓预拉力可减小风机塔筒脱离基础的风险,使基础整体竖向受压,同时产生了横向的拉应力。锚栓预拉力对基础底部拉应力分布影响限于锚板周围2~3m范围,在此区域内基础底部拉应力随着锚栓预拉力增大而增大,锚笼环周围基础以径向拉应力为主,远端以环向拉应力为主。锚栓预拉力使悬挑板顶面最大拉应力位置稍微远离台柱,悬挑板与台柱交接部位受疲劳荷载影响较大,应适当增加配筋。为减小锚栓预拉力对基础的影响,可在基础下方浇筑混凝土垫座,并将锚栓锚固于该垫座底部,可有效缓解基础底部拉应力。研究成果可为类似工程提供有益参考。

基于Abaqus的风力机叶根高强螺栓疲劳断裂机制

风力机叶根高强螺栓疲劳断裂失效是影响风力机安全运行的重要因素,而高强螺栓的断裂与螺栓材料和所受载荷关联。以2 MW风力机叶根高强连接螺栓为研究对象,用Abaqus软件有限元仿真,研究42CrMoA螺栓材料的疲劳断裂特征。结果表明:疲劳载荷影响下,叶根螺栓应力沿周向对称分布,600 MPa时螺栓断裂位置位于叶根相接触的螺杆部位。裂纹萌生于光滑试样表面,螺栓疲劳断裂是由于多源裂纹交汇而形成峰线所致。在扭矩作用下,螺栓断裂位置位于轴承相接触的螺杆部位,随平均扭矩从1.2倍增至1.4倍,螺栓损伤寿命由2.49×10^(6)周次降至1 406周次,且断裂特征由NF+LS-LS顺序转变。本研究对揭示风力机叶根高强螺栓疲劳断裂机制和保证风电机组的安全运行有重要意义。