[发明专利]一种风机轴-齿轮箱法兰连接校核方法

权利要求书

1.一种风机轴-齿轮箱法兰连接校核方法，其特征在于，校核步骤如下：

步骤1，通过下述公式(1)计算由齿轮箱重力产生的倾覆力矩M，

M＝G·s                      (1)

式(1)中，G为齿轮箱重力，s为齿轮箱重心到接触面的水平距离；

步骤2，考虑法兰外圈分布螺栓，通过下述公式(2)计算倾覆力矩产生的最大螺栓预紧力损耗值F_损，

式(2)中，z₂为法兰外圈螺栓数量，r₂为外圈螺栓中心线到法兰圆心的距离；

步骤3，通过下述公式(3)计算法兰接触面产生的接触压力p_v，

式(3)中，F₀为法兰单个螺栓预紧力，z为法兰螺栓总数量，d₁为法兰内圈螺栓所在圆轨迹直径，d₂为法兰外圈螺栓所在圆轨迹直径；

步骤4，通过下述公式(4)计算抵消倾覆力矩后螺栓预紧力产生的最大扭矩T'，

式(4)中，f为法兰接触面摩擦系数，a为法兰接触面有效接触面积上边界直径，b为法兰接触面有效接触面积下边界直径，r为法兰接触面上各点到圆心的距离；

步骤5，通过下述公式(5)计算扭矩抗滑移安全系数S₁，进行倾覆力矩作用下扭矩抗滑移校核，

式(5)中，T_max为风机运行过程中所受的极限扭矩，极限扭矩值根据风机型号得到；若计算值S₁＞1，则认为在正常发电工况下，连接法兰在扭矩作用下不发生滑移；若计算值S₁≤1，则认为在正常发电工况下，连接法兰在扭矩作用下会发生滑移，不符合设计要求；

步骤6，通过下述公式(6)计算重力抗滑移安全系数S₂，进行重力抗滑移校核，

式(6)中，f为法兰接触面摩擦系数，z为法兰螺栓总数量，i为法兰接触面数量，F₀为法兰单个螺栓预紧力，K_s为防滑系数，G为齿轮箱重力；若计算值S₂＞1，则认为在停机工况下，连接法兰在重力方向上不发生滑移；若计算值S₂≤1，则认为在停机工况下，连接法兰在重力方向上会发生滑移，不符合设计要求；

步骤7，利用UG三维建模软件分别建立主轴底座、螺栓和齿轮箱等效体的三维模型，并导入Abaqus有限元仿真计算软件，进行装配，施加螺栓预紧力、齿轮箱重力和扭矩载荷、设置边界条件和相互作用条件、划分网格，建立法兰连接有限元模型；

步骤8，将有限元模型提交计算，得到法兰连接接触面压力云图，从接触压力云图可提取出最大接触压力值，将最大接触压力与法兰材料的屈服强度作比较，计算法兰接触面强度安全系数S₃，计算公式为：

式(7)中，p_max为法兰接触面最大接触压力，δ_屈服为法兰材料的屈服强度，法兰材料的屈服强度在机械设计手册中查得；若计算值S₃＞1，则认为法兰接触面强度满足设计要求；若计算值S₃≤1，则认为法兰接触面强度不满足设计要求；

步骤9，进行法兰连接总校核，若计算值S₁＞1、S₂＞1和S₃＞1，则认为法兰连接满足设计要求；若S₁、S₂和S₃任意一个计算值小于或等于1，则认为法兰连接不满足设计要求。

2.根据权利要求1所述的一种风机轴-齿轮箱法兰连接校核方法，其特征在于：所述步骤7中，设置有限元模型相关计算条件和参数时，螺栓预紧力通过螺栓载荷的形式逐一施加在每个螺栓杆上。

3.根据权利要求1所述的一种风机轴-齿轮箱法兰连接校核方法，其特征在于：所述步骤7中，对法兰连接结构有限元模型划分网格时，对螺栓孔附近网格单元作密集处理，使法兰外缘附近网格划分粗大，而螺栓孔附近网格划分精细。