大功率风力发电机组弹性支撑研究综述
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｄｙｎａｍ ｉｃ ａｎｄ ｓｔａｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｅｌａｓｔｉｃ ｓｕｐｐｏ￣ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｗｉｎｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｓｅｔ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｉｎ ｅｌａｓｔｉｃ ｓｕｐｐｏ￣ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｔｏｐｉｃｓ ｔｏ ｂｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｗｅｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｗａｓ ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ．
２ 静态特性
Ｍｉｌｌｅｒ［￣］使 用 专 用 拉 伸 和 剪 切 设 备 ，建 立 了 比 较 完 善 的 测 试 标 准 和 数 据 处 理 方 法 ，进 而 对 橡 胶 隔 振 器 的 静 态 特 性 进 行 大 量 研 究 ，达 到 了 很 好 的效 果 。 Ｓａｓｓｏ、 Ｍｅｕｎｉｅｒ等 ［２－３］对 橡 胶 材 料 超 弹 性 模 型 和 静 态 试 验 的 结 果 进 行 了拟 合 ，并 利 用 拟 合 得 到 的材 料 模 型 参 数 进 行 验 证 ．对 材 料 超 弹 性 本 构 模 型 进 行 了 相 关 研 究 。束 立 Байду номын сангаас 等 ［４－５］基 于 原 有 本 构 关 系 的 试 验 研 究 ，采 用 ＡＢＡＱＵＳ 有 限 元 分 析 软 件 ．模 拟 分 析 了 一 种 聚 氨 酯 隔 振 器 的 三 维 静 态 特 性 ，通 过 试 验 验 证 了 本 构 模 型 的 可 行 性 ．这 一 方 法 为 其 它 类 型 隔 振 器 本 构 关 系 的 建 立 提 供 了 一 定 的 参 考
摘 要 ：介绍 了大功率风力发 电机组弹性支撑在动静 态特性与结构设计方面的研 究现状 ，分析 了有 限元技 术在弹性支撑方面的应用，总结 了有待研 究的课题 ，并展 望了发展趋势。
关键 词 ：风 力发 电机 弹 性支 撑 动 态特性 静 态 特性 有 限元 综述 中 图分类 号 ：ＴＨ１２２；ＴＫ８３ 文献 标 志码 ：Ａ 文 章编 号 ：１０００—４９９８（２０１８）０４—０００１—０５
Ｋｅｙ Ｗ ｏｒｄｓ：Ｗ ｉｎｄ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｅｌａｓｔｉｃ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｄｙｎａｍ ｉｃ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ Ｓｔａｔｉｃ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍ ｅｎｔ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ
１ 研 究 背 景
大 功 率 风 力 发 电机 组 的 塔 架 高 度 和 风 轮 直 径 通 常 有 几 十 米 甚 至 上 百 米 ，要 保 证 大 功 率 风 力 发 电 机 组 实 现 较 好 的 机 械 性 能 和 减 振 效 果 ，振 动 是 首 先 要 解 决 的 问题 。 大 功 率 风 力 发 电 机 组 弹性 支 撑 指 在 机 组 自身 运 行 产 生 振 动 及 外 界 环 境 影 响 下 产 生 振 动 的振 源 与 设 备 之 间 安 装 的 一 组 按 特 定 方 式 排 列 、具 有 一 定 刚 度 和 阻 尼 匹 配 特 性 的 橡 胶 隔 振 器 ，主 要 包 括 发 电 机 、齿 轮 箱 、 机 仓 罩 、轮 毂 和 冷 却 系 统 等 用 到 的 橡 胶 弹 性 支 撑 。
大 功 率 风 力 发 电 机 组 弹 性 支 撑 研 究 综 述 水
口 朱成顺 １，２ 口 郭志伟 口 张胜文 。 口 方喜峰 １．江 苏科技 大 学 机械 工程 学院 江苏镇 江 ２１２００３ ２．江 苏科技 大 学 江 苏省 船 海机械 装备 先进 制造 重 点 实验 室 江苏镇 江 ２１２００３
笔 者 梳 理 了 国 内外 大 功 率 风 力 发 电 机 组 弹 性 支 撑 的 研 究 现 状 ．总 结 了 弹 性 支 撑 在 风 力 发 电 机 领 域 的 发 展 趋 势 ，并 结 合 弹 性 支 撑 制 造 业 的 特 点 ，给 出 技 术 发 展
建议 希望笔 者 的研究 可 以指 明大功 率风力 发 电机组 弹 性 支 撑 的设 计 制 造 技 术 发 展 方 向 ，明 确 研 究 目的 ，促 进 弹 性 支 撑 在 风 力 发 电 机 组 领 域 的推 广 应 用 。
使 用 弹 性 支 撑 的 主 要 目的 是 减 小 风 力 和 机 械 运 行 产 生 的 振 动 对 整 机 部 件 造 成 的 损 伤 ， 降 低 机 组 工 作 的 风 险 ，延 长 零 部 件 的 使 用 期 限 。 弹 性 支 撑 若 发 生 故 障 ， 会 导 致 齿 轮 箱 整 体 位 移 过 大 、发 电 机 法 兰 盘 变 形 、联 轴 器 断 裂 、 高 速 刹 车 盘 损 坏 等 严 重 机 械 故 障 ，并 导 致 停 机 。 因 此 ，研 究 大 功 率 风 力 发 电机 组 弹性 支 撑 ，可 以 提 高 大 功 率 风 力 发 电机 组 的 减 振 效 果 和 控 制 传 动 轴 系 对 中 性 能 ，减 小 机 械 运 行 产 生 的 振 动 对 整 机 部 件 造 成 的 损 伤 ，延 长 被 支 撑 重 要 部 件 的 使 用 寿 命 。 可 见 ，研 究 具 有 重 要 意 义 。 图 １所 示 为 大 功 率 风 力 发 电 机 组 典 型 弹 性 支 撑 。
江苏省前瞻性联合研究项 目（编号 ：ＢＹ２０１５０６５—０８） 收稿 日期 ：２０１７年 １Ｏ月
机械制造 ５６卷 第 ６４４
２０１８／４
在 静 态 特 性 计 算 方 面 ．Ｈｉｌｌ［ ］利 用 解 析 法 对 橡 胶 隔 振 器 的 静 态 特 性 进 行 计 算 预 测 ，但 这 一 方 法 只 能 计 算 一 些 结 构 的 简 单 模 型 ，具 有 局 限 性 。 Ｗ ａｎｇ Ｌｉｒｏｎｇ等 『７］ 使 用 超 弹 性 橡 胶 本 构 模 型 计 算 橡 胶 的 静 态 特 性 。但 所 选 用 的 试 验 数 据 只 能 分 析 单 一 受 力 状 况 下 橡 胶 隔 振 器 的 静 刚 度 ，不 能 全 面 分 析 力 学 特 性 。王 文 涛 、张 平 等 ［８－９］ 对 橡 胶 试 件 进 行 拉 伸 试 验 ．得 到 了橡 胶 试 件 在 不 同 受 力 状 态 下 的 应 力 应 变 关 系 曲 线 ，并 利 用 拟 合 得 到 的 本 构 模 型参 数 对 橡 胶 隔 振 器 的静 态 特 性 进 行 了 计 算 和 研 究 。周 宏 慧 等 ［１０３将 理 论 分 析 与 试 验 相 结 合 。对 橡 胶 制 品 组 合 件 的 静 态 性 能 进 行 研 究 和 分 析 ．提 出 了组 合 橡 胶 件 的 静 刚 度 计 算 方 法 ， 并 通 过 风 力 发 电 机 组 齿 轮 箱 弹 性 支 撑 验 证 了这 一 方 法 的 合 理 性 。 陈 莲 等 ［１１］利 用 数 值 分 析 的 方 法 。对 橡 胶 隔 振 器 特 性 的 仿 真 计 算 结 果 与 试 验 进 行 分 析 。验 证 了 所 建 数 学 模 型 的 实 用 性 与 有 限 元 计 算 方 法 的 有 效 性 。 杨 俊 凤 等 ［１２－１３］研 究 了 配 合 剂 对 橡 胶 减 振 器 动 静 比 和 蠕 变 的 影 响 。 成 佳 丽 ［１４ 采 用 双 参 数 Ｍｏｏｎｅｙ—Ｒｉｖｌｉｎ模 型 对 橡 胶 隔 振 器 的 静 态 性 能 进 行 数 值 计 算 ，并 通 过 试 验 研 究 ，验 证 了 这 一 方 法 的 可 行 性 。
２ 静态特性
Ｍｉｌｌｅｒ［￣］使 用 专 用 拉 伸 和 剪 切 设 备 ，建 立 了 比 较 完 善 的 测 试 标 准 和 数 据 处 理 方 法 ，进 而 对 橡 胶 隔 振 器 的 静 态 特 性 进 行 大 量 研 究 ，达 到 了 很 好 的效 果 。 Ｓａｓｓｏ、 Ｍｅｕｎｉｅｒ等 ［２－３］对 橡 胶 材 料 超 弹 性 模 型 和 静 态 试 验 的 结 果 进 行 了拟 合 ，并 利 用 拟 合 得 到 的材 料 模 型 参 数 进 行 验 证 ．对 材 料 超 弹 性 本 构 模 型 进 行 了 相 关 研 究 。束 立 Байду номын сангаас 等 ［４－５］基 于 原 有 本 构 关 系 的 试 验 研 究 ，采 用 ＡＢＡＱＵＳ 有 限 元 分 析 软 件 ．模 拟 分 析 了 一 种 聚 氨 酯 隔 振 器 的 三 维 静 态 特 性 ，通 过 试 验 验 证 了 本 构 模 型 的 可 行 性 ．这 一 方 法 为 其 它 类 型 隔 振 器 本 构 关 系 的 建 立 提 供 了 一 定 的 参 考
摘 要 ：介绍 了大功率风力发 电机组弹性支撑在动静 态特性与结构设计方面的研 究现状 ，分析 了有 限元技 术在弹性支撑方面的应用，总结 了有待研 究的课题 ，并展 望了发展趋势。
关键 词 ：风 力发 电机 弹 性支 撑 动 态特性 静 态 特性 有 限元 综述 中 图分类 号 ：ＴＨ１２２；ＴＫ８３ 文献 标 志码 ：Ａ 文 章编 号 ：１０００—４９９８（２０１８）０４—０００１—０５
Ｋｅｙ Ｗ ｏｒｄｓ：Ｗ ｉｎｄ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｅｌａｓｔｉｃ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｄｙｎａｍ ｉｃ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ Ｓｔａｔｉｃ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍ ｅｎｔ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ
１ 研 究 背 景
大 功 率 风 力 发 电机 组 的 塔 架 高 度 和 风 轮 直 径 通 常 有 几 十 米 甚 至 上 百 米 ，要 保 证 大 功 率 风 力 发 电 机 组 实 现 较 好 的 机 械 性 能 和 减 振 效 果 ，振 动 是 首 先 要 解 决 的 问题 。 大 功 率 风 力 发 电 机 组 弹性 支 撑 指 在 机 组 自身 运 行 产 生 振 动 及 外 界 环 境 影 响 下 产 生 振 动 的振 源 与 设 备 之 间 安 装 的 一 组 按 特 定 方 式 排 列 、具 有 一 定 刚 度 和 阻 尼 匹 配 特 性 的 橡 胶 隔 振 器 ，主 要 包 括 发 电 机 、齿 轮 箱 、 机 仓 罩 、轮 毂 和 冷 却 系 统 等 用 到 的 橡 胶 弹 性 支 撑 。
大 功 率 风 力 发 电 机 组 弹 性 支 撑 研 究 综 述 水
口 朱成顺 １，２ 口 郭志伟 口 张胜文 。 口 方喜峰 １．江 苏科技 大 学 机械 工程 学院 江苏镇 江 ２１２００３ ２．江 苏科技 大 学 江 苏省 船 海机械 装备 先进 制造 重 点 实验 室 江苏镇 江 ２１２００３
笔 者 梳 理 了 国 内外 大 功 率 风 力 发 电 机 组 弹 性 支 撑 的 研 究 现 状 ．总 结 了 弹 性 支 撑 在 风 力 发 电 机 领 域 的 发 展 趋 势 ，并 结 合 弹 性 支 撑 制 造 业 的 特 点 ，给 出 技 术 发 展
建议 希望笔 者 的研究 可 以指 明大功 率风力 发 电机组 弹 性 支 撑 的设 计 制 造 技 术 发 展 方 向 ，明 确 研 究 目的 ，促 进 弹 性 支 撑 在 风 力 发 电 机 组 领 域 的推 广 应 用 。
使 用 弹 性 支 撑 的 主 要 目的 是 减 小 风 力 和 机 械 运 行 产 生 的 振 动 对 整 机 部 件 造 成 的 损 伤 ， 降 低 机 组 工 作 的 风 险 ，延 长 零 部 件 的 使 用 期 限 。 弹 性 支 撑 若 发 生 故 障 ， 会 导 致 齿 轮 箱 整 体 位 移 过 大 、发 电 机 法 兰 盘 变 形 、联 轴 器 断 裂 、 高 速 刹 车 盘 损 坏 等 严 重 机 械 故 障 ，并 导 致 停 机 。 因 此 ，研 究 大 功 率 风 力 发 电机 组 弹性 支 撑 ，可 以 提 高 大 功 率 风 力 发 电机 组 的 减 振 效 果 和 控 制 传 动 轴 系 对 中 性 能 ，减 小 机 械 运 行 产 生 的 振 动 对 整 机 部 件 造 成 的 损 伤 ，延 长 被 支 撑 重 要 部 件 的 使 用 寿 命 。 可 见 ，研 究 具 有 重 要 意 义 。 图 １所 示 为 大 功 率 风 力 发 电 机 组 典 型 弹 性 支 撑 。
江苏省前瞻性联合研究项 目（编号 ：ＢＹ２０１５０６５—０８） 收稿 日期 ：２０１７年 １Ｏ月
机械制造 ５６卷 第 ６４４
２０１８／４
在 静 态 特 性 计 算 方 面 ．Ｈｉｌｌ［ ］利 用 解 析 法 对 橡 胶 隔 振 器 的 静 态 特 性 进 行 计 算 预 测 ，但 这 一 方 法 只 能 计 算 一 些 结 构 的 简 单 模 型 ，具 有 局 限 性 。 Ｗ ａｎｇ Ｌｉｒｏｎｇ等 『７］ 使 用 超 弹 性 橡 胶 本 构 模 型 计 算 橡 胶 的 静 态 特 性 。但 所 选 用 的 试 验 数 据 只 能 分 析 单 一 受 力 状 况 下 橡 胶 隔 振 器 的 静 刚 度 ，不 能 全 面 分 析 力 学 特 性 。王 文 涛 、张 平 等 ［８－９］ 对 橡 胶 试 件 进 行 拉 伸 试 验 ．得 到 了橡 胶 试 件 在 不 同 受 力 状 态 下 的 应 力 应 变 关 系 曲 线 ，并 利 用 拟 合 得 到 的 本 构 模 型参 数 对 橡 胶 隔 振 器 的静 态 特 性 进 行 了 计 算 和 研 究 。周 宏 慧 等 ［１０３将 理 论 分 析 与 试 验 相 结 合 。对 橡 胶 制 品 组 合 件 的 静 态 性 能 进 行 研 究 和 分 析 ．提 出 了组 合 橡 胶 件 的 静 刚 度 计 算 方 法 ， 并 通 过 风 力 发 电 机 组 齿 轮 箱 弹 性 支 撑 验 证 了这 一 方 法 的 合 理 性 。 陈 莲 等 ［１１］利 用 数 值 分 析 的 方 法 。对 橡 胶 隔 振 器 特 性 的 仿 真 计 算 结 果 与 试 验 进 行 分 析 。验 证 了 所 建 数 学 模 型 的 实 用 性 与 有 限 元 计 算 方 法 的 有 效 性 。 杨 俊 凤 等 ［１２－１３］研 究 了 配 合 剂 对 橡 胶 减 振 器 动 静 比 和 蠕 变 的 影 响 。 成 佳 丽 ［１４ 采 用 双 参 数 Ｍｏｏｎｅｙ—Ｒｉｖｌｉｎ模 型 对 橡 胶 隔 振 器 的 静 态 性 能 进 行 数 值 计 算 ，并 通 过 试 验 研 究 ，验 证 了 这 一 方 法 的 可 行 性 。