風力發電機組高強度螺栓的疲勞預測
電子技術應用
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.福建國電風力發電有限公司，福建 福州 350014；2.廈門理工學院，福建 廈門 361024
摘要： 風力發電機組法蘭盤和葉根輪轂處通過高強度螺栓進行連接，大多數風力發電機塔筒發生倒塌就是連接螺栓疲勞所導致的。為了減少此類塔筒倒塌事故的發生，提出了一種新的螺栓疲勞損傷分析和預測方法。針對2.0 MW風力發電機組的高強度連接螺栓，采用超聲探頭和溫度傳感器采集螺栓數據，獲得螺栓隨機應力譜；然后基于雨流計數法和Goodman公式修正應力譜，提取應力循環數據；最后基于螺栓材料S-N曲線和Miner線性累計損傷理論，構建螺栓疲勞預測模型。實驗結果表明，所估算的螺栓疲勞損傷遠小于螺栓疲勞極限，滿足風力發電機組的設計壽命要求。
中圖分類號：TM315 文獻標志碼：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. 風力發電機組高強度螺栓的疲勞預測[J]. 電子技術應用，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. 風力發電機組高強度螺栓的疲勞預測[J]. 電子技術應用，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
風力發電機組塔筒各段連接處、主軸法蘭與輪轂法蘭之間、葉根與輪轂之間通常采用高強度螺栓進行連接，螺栓的工作狀態直接影響著風電機組整體的運行安全[1]。在風力發電機組的設計壽命中，服役螺栓所承受的交變載荷次數高達次，這些交變載荷的作用會使螺栓產生不同程度的疲勞，當螺栓疲勞損傷累積到一定程度時就會造成螺栓的失效[2]。在我國近幾十年風電機組倒塌事故中，螺栓失效引發的事故占比最多[3]。因此，對螺栓疲勞損傷的評估和預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.福建國電風力發電有限公司，福建 福州 350014；2.廈門理工學院，福建 廈門 361024
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