風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙罩框架設(shè)計(jì)與吊裝調(diào)姿過(guò)程載荷分析

0 引言

機(jī)艙罩作為風(fēng)電機(jī)組的外殼，保護(hù)內(nèi)部各個(gè)元器件不受外界惡劣環(huán)境的影響，承受各種復(fù)雜載荷，是風(fēng)電機(jī)組的重要部件之一。近年來(lái)，隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大型化的快速發(fā)展，風(fēng)機(jī)功率不斷增加，機(jī)組與機(jī)艙罩尺寸也越來(lái)越大，所受風(fēng)載荷在同等條件下也越來(lái)越大

。機(jī)艙罩一般安裝于鋼制框架上，再固定于機(jī)艙鑄件，所受載荷都直接傳遞于框架之上，因此，要求機(jī)艙罩框架具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和承載能力，再加上平價(jià)時(shí)代的到來(lái)，對(duì)制造成本、交付效率等提出了越來(lái)越高的要求，因此還要求框架具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、便于維護(hù)等特點(diǎn)。

本文根據(jù)上述要求，基于某型大兆瓦海上風(fēng)電機(jī)組，設(shè)計(jì)了一種機(jī)艙罩框架，利用SolidWorks對(duì)機(jī)艙罩框架進(jìn)行三維建模

，采用ANSYSWorkbench對(duì)框架進(jìn)行力學(xué)分析

，并對(duì)裝配時(shí)框架的吊裝調(diào)姿過(guò)程進(jìn)行了載荷分析，為機(jī)艙罩框架和類似產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供參考。

研究對(duì)象在唾液樣本采集前60 min未進(jìn)食，且12 h內(nèi)未進(jìn)行過(guò)口腔清潔措施。采樣時(shí)先讓受試者用無(wú)菌蒸餾水漱口，然后再用5 mL無(wú)菌EP管收集其非刺激性唾液3 mL，并立即在冰浴下(約-4 ℃)轉(zhuǎn)送至實(shí)驗(yàn)室，置于-20 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1 機(jī)艙罩框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)艙罩框架在風(fēng)電機(jī)組中的位置見(jiàn)圖1所示，機(jī)艙罩支點(diǎn)通過(guò)螺栓安裝于框架上，框架通過(guò)螺栓與機(jī)艙鑄件固定，框架與機(jī)艙罩外形整體相契合。

“西湖山水還依舊……看到斷橋橋未斷，我寸腸斷，一片深情付東流！”白衣女子一揮水袖，哀怨的歌聲隱隱傳來(lái)。

在SolidWorks中建立模型后，導(dǎo)入ANSYSWorkbench中進(jìn)行計(jì)算，對(duì)框架與機(jī)艙鑄件連接部分施加全約束，對(duì)機(jī)艙罩與框架連接部分，施加風(fēng)載作用力F

與重力載荷G，計(jì)算時(shí)，前、后框架做整體考慮，計(jì)算得到的應(yīng)力云圖見(jiàn)圖3所示，位移云圖見(jiàn)圖4所示。

根據(jù)圣唯南原理，在保證模型的力學(xué)特征與實(shí)物相近的情況下，對(duì)框架結(jié)構(gòu)的焊縫，圓角等微小特征進(jìn)行精簡(jiǎn)，將模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，同時(shí)考慮計(jì)算精度和便利性，采用前、后框架整體建模計(jì)算的方式，減少計(jì)算量。根據(jù)GL2010規(guī)范，對(duì)框架結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，機(jī)艙罩傳遞過(guò)來(lái)的載荷主要為風(fēng)載荷和自重載荷，框架受力分析主要考慮這兩種載荷的作用?？蚣艿牟馁|(zhì)選用Q355D鋼

，材質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表1所示。

2 機(jī)艙罩框架有限元分析

為滿足道路運(yùn)輸條件，以及最大限度減少風(fēng)機(jī)裝配時(shí)的安裝工時(shí)，提高裝配效率，同時(shí)為了減少風(fēng)機(jī)運(yùn)維工作量，框架設(shè)計(jì)成前、后兩部分，通過(guò)4個(gè)法蘭連接。機(jī)艙罩與框架頂部和兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置的支點(diǎn)連接，機(jī)艙鑄件與框架底部設(shè)置的支點(diǎn)連接。上述所有連接均通過(guò)螺栓連接，見(jiàn)圖2所示。

2018年3月，中共中央有關(guān)文件要求“將基本養(yǎng)老保險(xiǎn)費(fèi)、基本醫(yī)療保險(xiǎn)費(fèi)、失業(yè)保險(xiǎn)費(fèi)等各項(xiàng)社會(huì)保險(xiǎn)費(fèi)交由稅務(wù)部門統(tǒng)一征收”。社會(huì)保險(xiǎn)費(fèi)征管職責(zé)劃轉(zhuǎn)稅務(wù)部門，是以習(xí)近平同志為核心的黨中央的重大決策部署，有利于降低征納成本、提高征管效率；有利于優(yōu)化繳費(fèi)服務(wù)，促進(jìn)繳費(fèi)負(fù)擔(dān)更加公平，增強(qiáng)人民群眾改革獲得感，使稅務(wù)部門在國(guó)家治理層面上的使命、職能、地位、作用更加凸顯。

風(fēng)機(jī)的工作環(huán)境為等級(jí)為IEC-T類強(qiáng)臺(tái)風(fēng)區(qū)域，風(fēng)速為79m/s，取機(jī)艙罩單側(cè)受極限風(fēng)載的受力情況進(jìn)行分析，此時(shí)，框架受力最大，考慮足夠的安全性，利用系數(shù)取0.8，垂直氣流下風(fēng)力載荷計(jì)算公式

為：

機(jī)艙罩及其附件重量為：G=80000N。

其中：ρ為空氣密度，ρ=1.225kg/m

；V

為最大風(fēng)速，V

=79m/s；A為受力面，A=54m

；C

為風(fēng)阻系數(shù)，C

=0.8，以上數(shù)據(jù)，代入式（1）計(jì)算可得：

整個(gè)框架結(jié)構(gòu)處在機(jī)艙罩內(nèi)部封閉環(huán)境中，該框架結(jié)構(gòu)采用方管、矩形管等型材焊接后加工，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其中底部與機(jī)艙鑄件連接處采用300×200×8（mm）矩形管，其余主體框架采用200×200×8（mm）方管。

框架結(jié)構(gòu)的空中姿態(tài)調(diào)整，一般采用2臺(tái)吊車相互配合進(jìn)行

。機(jī)艙罩框架安裝時(shí)，先將前框架在機(jī)艙鑄件上落位安裝，再將后框架起吊與前框架和機(jī)艙鑄件進(jìn)行對(duì)接安裝。前框架結(jié)構(gòu)規(guī)則，重量相對(duì)較小，安裝簡(jiǎn)單，吊裝過(guò)程本文不作分析。后框架為不規(guī)則結(jié)構(gòu)，重量較重，起吊時(shí)先用主吊吊起后框架，吊離地面后，此時(shí)后框架為傾斜狀態(tài)，再利用輔吊將后框架調(diào)整至水平姿態(tài)，與前框架對(duì)接，為避免吊裝時(shí)產(chǎn)生變形，增加了工藝支撐桿，裝配完成后拆除，見(jiàn)圖5所示。

3 吊裝調(diào)姿過(guò)程載荷分析

從應(yīng)力、位移云圖可以看出，最大應(yīng)力處在前框架底梁與機(jī)艙鑄件連接位置，為179MPa，小于材料許用應(yīng)力323MPa，滿足要求。最大位移為3.5mm，發(fā)生在框架頂部一側(cè)機(jī)艙罩連接支點(diǎn)位置，滿足框架使用要求。因此，框架強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

后框架重心位于結(jié)構(gòu)內(nèi)部某一空間點(diǎn)上，與模型中心不一致，調(diào)姿過(guò)程中重心不斷變化，本文主要對(duì)后框架從吊離地面后的傾斜狀態(tài)到水平狀態(tài)的調(diào)姿過(guò)程中載荷變化情況進(jìn)行分析，采用吊帶作用于框架節(jié)點(diǎn)起吊，主吊點(diǎn)為F1，輔吊點(diǎn)為F2。吊離地面時(shí)，僅F1作用，α為后框架與水平線傾角，此時(shí)框架傾角為-34.6°，然后輔吊點(diǎn)F2作用，將后框架調(diào)姿至水平狀態(tài)。受載示意見(jiàn)圖6所示，各吊點(diǎn)調(diào)姿過(guò)程的載荷數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

科研實(shí)驗(yàn)室用于學(xué)校教師、研究生及部分本科生科研攻關(guān)。其特點(diǎn)是專業(yè)性強(qiáng)、儀器設(shè)備多、人員相對(duì)固定。但與科研單位相比，其人員結(jié)構(gòu)存在著新手多、流動(dòng)性大、人員在實(shí)驗(yàn)室工作時(shí)間長(zhǎng)、老帶新等問(wèn)題。因此，科研實(shí)驗(yàn)室的良好傳統(tǒng)、安全環(huán)保意識(shí)對(duì)新手來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，對(duì)實(shí)驗(yàn)室涉及的有毒有害物質(zhì)的認(rèn)知、適當(dāng)處理方式的熟悉、水電、防火防盜等是防控重點(diǎn)。

調(diào)姿過(guò)程載荷變化見(jiàn)圖7所示，調(diào)姿過(guò)程中，主吊點(diǎn)載荷不斷減小，從-34.6°到-30°載荷急劇減小，而后變化不大，輔吊點(diǎn)載荷不斷增大，從-34.6°到-30°載荷急劇增大，而后變化不大。在此過(guò)程中，需注意放緩起吊速度，控制好框架的晃動(dòng)，防止起吊動(dòng)作過(guò)大產(chǎn)生吊裝危險(xiǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝與維護(hù)方便的機(jī)艙罩框架，對(duì)框架進(jìn)行了有限元分析，得到框架的應(yīng)力、位移云圖等計(jì)算數(shù)據(jù)，均在許用范圍內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，分析了框架裝配吊裝調(diào)姿過(guò)程中各吊點(diǎn)載的變化情況，總結(jié)了吊裝調(diào)姿過(guò)程中的注意事項(xiàng)，對(duì)風(fēng)電機(jī)組大尺寸框架類結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與吊裝方案制定提供了借鑒和參考。

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