[发明专利]风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定方法和设备

说明书

提供一种风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定方法和设备，该顶法兰的疲劳损伤确定方法包括：获取在顶法兰处的疲劳时序载荷；确定获取的疲劳时序载荷所对应的载荷区间；根据预先建立的载荷区间对应的载荷应力关系，确定顶法兰在疲劳时序载荷作用下所受的应力；根据确定的应力计算顶法兰的疲劳损伤值。采用本发明示例性实施例的风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定方法和设备，能够考虑顶法兰的全部母材和全部焊缝的疲劳损伤情况，使得结果更加全面、准确。

技术领域

本发明总体上涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种海上风力发电机组塔架顶端的顶法兰的疲劳损伤确定方法和设备。

背景技术

顶法兰是风力发电机组的重要部件，起着连接风力发电机组的偏航轴承与塔架的作用，顶法兰多为Q345E钢材锻造而成。作为海上支撑结构的重要组成部分，顶法兰在25年的设计寿命期间，要承受各种复杂的动态载荷，因此其需要有足够的疲劳强度，顶法兰的疲劳安全性是海上支撑结构安全性的重要内容之一。

顶法兰位于塔架顶端，在进行顶法兰的疲劳计算时，需要考虑轴承和螺栓的非线性作用。由于这种非线性作用的存在，导致如果顶法兰全部进行计算时，计算工作量将呈几何数的增加，因此现有的顶法兰在进行疲劳计算时，通常人为的选择顶法兰在0°、90°、180°、270°的4个或多个热点，结合M_y(风力发电机组前后方向弯矩)的疲劳载荷最大值和最小值构建热点处的载荷-应力曲线，之后结合疲劳载荷马尔科夫矩阵对顶法兰进行疲劳计算。

但上述对顶法兰的疲劳计算过程，由于热点数量过少，且仅考虑M_y的疲劳载荷，无法全面的评价顶法兰的疲劳强度。尤其对于海上风电来说，由于冰、浪等条件的影响，M_x，M_z等载荷的影响逐渐增加，此时单独的考虑M_y的疲劳载荷，可能会造成结构设计的不保守。

发明内容

本发明的示例性实施例的目的在于提供一种风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定方法和设备，以克服上述至少一个缺点。

在一个总体方面，提供一种风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定方法，所述疲劳损伤确定方法包括：获取在顶法兰处的疲劳时序载荷；确定获取的疲劳时序载荷所对应的载荷区间；根据预先建立的所述载荷区间对应的载荷应力关系，确定顶法兰在所述疲劳时序载荷作用下所受的应力；根据所述应力计算顶法兰的疲劳损伤值。

可选地，确定获取的疲劳时序载荷所对应的载荷区间的步骤可包括：从获取的疲劳时序载荷中提取多种载荷中的预定载荷；确定与所述预定载荷对应的载荷区间，其中，所述应力为顶法兰在所述预定载荷作用下所受的应力，根据所述应力计算顶法兰的疲劳损伤值的步骤可包括：基于所述应力计算顶法兰在所述预定载荷作用下的疲劳损伤值。

可选地，载荷应力关系可为与所述载荷区间在顶法兰的预定位置处对应的载荷应力关系，其中，所述应力可为顶法兰的所述预定位置处所受的应力，根据所述应力计算顶法兰的疲劳损伤值的步骤可包括：基于所述应力计算顶法兰的所述预定位置处的疲劳损伤值。

可选地，每个位置处的每种载荷可分别对应多个载荷区间，一个载荷区间可对应一载荷应力关系。

可选地，每种载荷的多个载荷区间在顶法兰的不同位置处对应的载荷应力关系可通过以下方式被确定：建立关于顶法兰的有限元模型；在顶法兰表面施加壳单元；在风力发电机组的主机架前端面与顶法兰中心之间建立载荷伞；在顶法兰中心分别施加全载荷工况下的多种载荷，经由所述载荷伞的传递，提取在顶法兰的不同位置处在所施加的所述多种载荷作用下的应力应变信息；对在顶法兰中心施加的每种载荷进行划分，获得分别与每种载荷对应的多个载荷区间；针对每种载荷，在每个位置处提取每个载荷区间内各载荷对应的应力应变信息，分别针对每个载荷区间内各载荷以及对应的应力应变信息进行拟合，得到在每个位置处与每个载荷区间对应的载荷应力关系。