基于多体动力学的风电机组偏航系统载荷响应分析

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摘要：针对风力发电机组偏航系统在复杂载荷下的冲击激励响应研究仍处于起步阶段，为了辅助解决偏航系统在复杂激励下故障频发这一问题，提出了一种基于多体动力学的风电机组偏航系统载荷响应分析方法。首先，以在停机时刻出现摇摆现象的某兆瓦级风电机组偏航系统为研究对象，建立了偏航系统多体动力学仿真模型，对风电机组偏航驱动在启停机、偏航过程中的载荷响应进行了分析；然后，根据现场建压站建压曲线和偏航驱动器的摆动方向，分析了造成偏航驱动在停机时刻摆动的原因；接着，采用动力学仿真分析的方法研究了偏航系统停机策略对螺栓所受拉力的影响，并在风场设置对照组进行了验证；最后，在偏航系统生产企业搭建了测试平台，开展了偏航系统测试，根据偏航过程中的扭矩波动幅值和周期，验证了偏航驱动模型的有效性。研究结果表明：摇摆问题主要原因是偏航停机时刻的驱动组件与主机架结合面承受了过大的倾覆力矩，造成结合面上的螺栓承受了245.21 kN 的拉力，超过了本身屈服强度的拉伸应力220.5 kN；对偏航控制策略进行了优化，将偏航液压刹车释放延时由1.5 s 改为0.1 s，螺栓所受拉力降至220.48 kN；开展了偏航系统多体动力学仿真研究，为分析和解决偏航系统现场故障提供了数据支持，可有效提高偏航系统故障的解决效率。

关键词：风电机组；复杂激励；偏航系统故障诊断；载荷响应分析；停机策略；齿轮啮合接触冲击；Simpack/ANSYS