赵佰余,徐东杰,黄文才,邹渊士,童跃平,朱斌辉,陈进建

(华仪风能有限公司,浙江 温州 325600)

0 引 言

风能是一种清洁可再生能源,资源丰富,发展潜力巨大[1]。主轴是风力发电机组[2,3]的关键部件,其任务是将旋转机械能传递给齿轮箱或发电机,并将载荷传递至机舱固定系统上,承受着风轮载荷、传动链自身扭转振动及装配状态下的自重等一系列复杂载荷[4]。随着电价平价时代的来临,在控制成本的前提下,对风机主轴结构进行高可靠性、精细化设计意义重大。

工程设计中,常使用有限元法对主轴强度进行校核。汪亚洲等[5]采用ANSYS软件建立了风机主轴有限元模型,进行了静强度分析,通过修改危险应力点处圆角尺寸完成了优化。周建新等[6]利用APDL语言对某1.5 MW机组主轴进行了参数化建模,并校核了静强度,利用概率分析软件NESSUS对主轴进行了可靠性分析,得到了各随机变量对可靠性影响的灵敏度。白儒等[7]使用ANSYS软件对某2.5 MW机组主轴进行了静强度和疲劳强度计算,在考虑了结构刚度协调性优化过渡面相对轴肩深度的基础上,实现了主轴的轻量化设计。李秀珍等[8]以主轴质量最轻为优化目标,基于Isight平台对其进行了优化设计,获得了其最优参数,并提出了一种基于结构等应力设计确定变量上、下限的方法。

在以往的大部分研究工作中,对局部尺寸常采用手动方式进行优化,较少有借助响应面法对主轴极限、疲劳强度进行优化的研究。

本文借助Workbench平台建立某兆瓦级机组主轴有限元模型,根据IEC标准计算极限静强度及疲劳强度,联合Solidworks对热点位置相关设计变量进行参数化,采用DesignXplore模块,并基于响应面法对主轴进行多目标优化。……