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    风电


        风力发电机设计中载荷仿真是必不可少的。目前,尽管有些新类型的发电机具有其他类型主轴承或齿轮箱概念,对性能和可靠性的要求也日益增加,但在载荷仿真中应用极简化的模型。该方法的基础理念是它们只针对某些特定变量提供时域载荷譜,而不是针对所有元件。那些复杂的单位,如齿轮箱中无数的动力元件以及它们对动力系统中其它部分的反作用则被看做黑匣子。这种模型不能充分满足齿轮箱的所有要求,因此不是一种很可靠的设计。
          风力发电机中的滚动轴承需承受高的﹑极端交变的载荷,以及因安装地点不同引起的差异很大的运转速度。轴承处于动力系统的中心,也是整个发电机的中心。因此,滚动轴承的发展关系到整个风力发电机系统,在这个系统中每个动力系统元件是独立且相互作用的。复杂的仿真程序使得工程师们在生产前能模拟测试各种元件,从而改善不同载荷条件下风力发电机的可靠性和成本效益。
          在一个合作开发项目中,舍弗勒集团工业事业部﹑风力发电机生产商德国瑞能股份公司(Repower Systems AG)和齿轮箱生产商德国Eickhoff动力技术股份有限公司共同开发了一个仿真系统,可以计算风力发电机中动力系统的动态工作载荷。这种复杂的多体仿真系统使用有限元(FEM)计算,使得在设计阶段就可以优化动力系统中的每个元件,它们之间的相互作用,以及整个发电机设计。这使得风力发电机在各种载荷条件下的设计和运行更加可靠,更具成本效益。
    1.可靠的设计
          这种新开发的多体仿真模型能够以前所未有的精确度完成疲劳载荷和极端载荷(如急停或电流短路)条件下的完整计算。这使得风机设计更加可靠。这种在早期便能分析和评估设计可选方案的能力确保了开发过程的安全性。这样在整个过程中可以较早地改变设计,从而使开发成本显著降低。
    2.加强更深入的了解系统
          与传统仿真程序如FLEX5®或BLADED®相比,混合FEM-MBS模型包含所有弹性结构元件如框架﹑轴承座﹑行星齿轮架﹑齿轮和轴承的详细的刚度矩阵和质量子模型。BEARINX® 滚动轴承计算程序先创建齿轮箱模型,然后是几何尺寸﹑齿轮箱元素的布置以及使用的轴承。新开发的软件家族使用这款BEARINX®模型来创建多体仿真。预处理程序DynPre®从BEARINX®齿轮箱数据和其他发电机元件(塔架﹑叶片﹑发电机等)的几何尺寸和材料特性的附加数据中产生仿真模型。与其他方法相比,这个程序是自动的,因而无误差﹑精确并且速度特别快。SAMCEF-MECANO程序用来创建实际的多体仿真。随后, DynDP®程序准备好用来分析的数据。这些数据可以从图表﹑胶片以及三维视图上看到。这个程序将分类载荷时域序列作为先决条件,把动力学和元件间的相互作用考虑在内,计算额定寿命。在整个工作寿命中,每一点的载荷都能及时得到评估。甚至有些极端载荷状况,如急停或电流短路,都能被模拟并且得到详细的值。它们的作用影响到整个系统,每个子系统,甚至独立的滚动接触—通常要考虑所有动态条件和效果。
          为了对动力系统元件的动力载荷有一个全面的理解,项目伙伴将他们的产品和计算技术应用于复杂的多体仿真模式(MBS model)的开发。舍弗勒集团开发的BEARINX®滚动轴承计算软件是可以快速生成完整齿轮箱的动力仿真模型,并能看到结果的中心程序。BEARINX® 提供极其精确而可靠的动力系统仿真,因为它能绘制出轴﹑齿轮齿,轴承和一直到每个滚动接触的运行。与弹性仿真和邻近元件及轴承座的有限元(FEM)计算相结合,BEARINX®可以达到最高建模水准。
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