崔戈

一、引言

塔筒作为风力发电机组的重要组成之一，起着连接和承载的重要作用。随着风电机组向兆瓦级、大机组发展，塔筒的结构尺寸越来越大，塔简法兰的直径和厚度也越来越大，所要满足的承载要求也越来越高。塔顶是塔筒结构的薄弱位置，塔顶法兰是连接塔简与主机架的重要连接件。在风力发电机组运行时，作用于风轮和机舱的载荷会通过主机架传递到偏航轴承上，再传递到塔顶法兰和塔筒上。由于风作用力的不稳定性，塔顶法兰承受动态载荷，长期作用下，塔顶法兰极易遭到破坏，为了提高风力发电机组的可靠性，必须对塔顶法兰进行强度分析。

本文以3MW风力发电机组为例，将塔顶法兰的连接螺栓作为分析对象，综合运用有限元分析理论及计算方法，对塔顶法兰和偏航轴承之间的连接螺栓组的受力进行了分析研究，并对塔顶法兰连接螺栓进行安全校核。

二、结构概述

大型风电机组的偏航轴承多选取回转支承，塔简与主机架之间连接轴承采用四点接触轴承，并通过双列螺栓连接。塔顶法兰与偏航轴承外圈通过螺栓连接，偏航轴承内圈又与主机架通过螺栓连接，偏航轴承内外圈的传力是通过滚子实现的，偏航轴承传递到法兰的力是通过接触面实现的，这些都属于非线性接触。

针对塔顶法兰连接螺栓的分析基于塔筒坐标系，z轴方向为塔筒轴线向上。

三、有限元分析

（一）模型及载荷数据

以某3MW风力发电机组为例，机组塔简与主机架之间通过偏航轴承和螺栓连接安装，塔顶法兰外径3040mm，内径2700mm，偏航轴承外径3040mm、内径2570mm，内外圈螺栓各96个。……