風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高強(qiáng)度螺栓的疲勞預(yù)測
電子技術(shù)應(yīng)用
鄭啟山1，朱少紅1，陳長紅1，常海青2，晏錫忠1，魏晨曦1
1.福建國電風(fēng)力發(fā)電有限公司，福建 福州 350014；2.廈門理工學(xué)院，福建 廈門 361024
摘要： 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組法蘭盤和葉根輪轂處通過高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接，大多數(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒發(fā)生倒塌就是連接螺栓疲勞所導(dǎo)致的。為了減少此類塔筒倒塌事故的發(fā)生，提出了一種新的螺栓疲勞損傷分析和預(yù)測方法。針對2.0 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的高強(qiáng)度連接螺栓，采用超聲探頭和溫度傳感器采集螺栓數(shù)據(jù)，獲得螺栓隨機(jī)應(yīng)力譜；然后基于雨流計(jì)數(shù)法和Goodman公式修正應(yīng)力譜，提取應(yīng)力循環(huán)數(shù)據(jù)；最后基于螺栓材料S-N曲線和Miner線性累計(jì)損傷理論，構(gòu)建螺栓疲勞預(yù)測模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所估算的螺栓疲勞損傷遠(yuǎn)小于螺栓疲勞極限，滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)壽命要求。
中圖分類號：TM315 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.234355
中文引用格式： 鄭啟山，朱少紅，陳長紅，等. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高強(qiáng)度螺栓的疲勞預(yù)測[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2024，50(2)：48-53.
英文引用格式： Zheng Qishan，Zhu Shaohong，Chen Changhong，et al. Fatigue prediction of high-strength bolts in wind turbines[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(2)：48-53.
中文引用格式： 鄭啟山，朱少紅，陳長紅，等. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高強(qiáng)度螺栓的疲勞預(yù)測[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2024，50(2)：48-53.
英文引用格式： Zheng Qishan，Zhu Shaohong，Chen Changhong，et al. Fatigue prediction of high-strength bolts in wind turbines[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(2)：48-53.
Fatigue prediction of high-strength bolts in wind turbines
Zheng Qishan 1，Zhu Shaohong1，Chen Changhong1，Chang Haiqing2，Yan Xizhong1，Wei Chenxi1
1.Fujian Guodian Wind Power Generation Co.， Ltd.， Fuzhou 350014， China； 2.Xiamen University of Technology， Xiamen 361024， China
Abstract： The flange plate and blade root hub of wind turbines are connected by high-strength bolts, and the collapse of most wind turbine towers is caused by the fatigue of the connecting bolts. In order to reduce the occurrence of such tower collapse accidents, a new method for analyzing and predicting bolt fatigue damage is proposed. For high-strength connecting bolts of 2.0 MW wind turbine generators, ultrasonic probes and temperature sensors are used to collect bolt data and obtain random stress spectra of the bolts. Then the stress spectrum is modified based on the rain flow counting method and Goodman formula, and the stress cycle data are extracted. Finally, based on the S-N curve of bolt material and Miner's linear cumulative damage theory, a bolt fatigue prediction model is constructed. The experimental results show that the estimated bolt fatigue damage is far less than the bolt fatigue limit, which meets the design life requirements of the wind turbine.
Key words : wind turbines；high strength bolts；S-N curve；Miner theory；fatigue prediction
引言
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒各段連接處、主軸法蘭與輪轂法蘭之間、葉根與輪轂之間通常采用高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接，螺栓的工作狀態(tài)直接影響著風(fēng)電機(jī)組整體的運(yùn)行安全[1]。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)壽命中，服役螺栓所承受的交變載荷次數(shù)高達(dá)次，這些交變載荷的作用會使螺栓產(chǎn)生不同程度的疲勞，當(dāng)螺栓疲勞損傷累積到一定程度時(shí)就會造成螺栓的失效[2]。在我國近幾十年風(fēng)電機(jī)組倒塌事故中，螺栓失效引發(fā)的事故占比最多[3]。因此，對螺栓疲勞損傷的評估和預(yù)測具有重要的工程意義
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作者信息：
鄭啟山1，朱少紅1，陳長紅1，常海青2，晏錫忠1，魏晨曦1
1.福建國電風(fēng)力發(fā)電有限公司，福建 福州 350014；2.廈門理工學(xué)院，福建 廈門 361024
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