本文基于ANSYS软件建立风机叶片根端连接部分的有限元模型，并对叶根玻璃钢部分及T型连接螺栓进行应力分析和强度校核，为叶片根端连接的设计、优化及材料的选用提供可靠的依据和指导。
　　1  引 言
　　随着能源危机的日益严重，以及公众对于改善生态环境要求的呼声不断高涨，风能作为一种清洁的可再生能源越来越受到各国政府的重视。目前，全约有50多个颁布了支持可再生能源发展的相关法律法规，对风电发展起到了至关重要的作用，风力发电产业正逐步发展成为初具规模的新兴产业。当前，各国正加快对风力发电机组的研究步伐，不断推出新的技术装备。
　　风力发电机叶片（简称风机叶片）是风力发电机组中的关键部件之一，叶片的翼型设计、结构形式，直接影响风力发电装置的性能和功率。其中根端连接是叶片设计中关键的地方，因为将叶片根端固定到轮毂上，钢轮毂和制造叶片的材料一般为玻璃纤维增强塑料（GFRP），它们之间的相关刚度差有数量级的差别，妨碍载荷的平滑传递。通常采用螺栓进行连接，螺栓可以沿轴向嵌入叶片的材料中或沿半径方向穿过叶片壳体，但这两种情况中叶片根端应力集中都是不可避免的。同时叶片在载荷工况作用下，叶根连接螺栓的强度分析也十分重要。
　　本文采用ANSYS有限元软件对叶片根端连接部分建立有限元分析模型，并对叶根玻璃钢部分及T型连接螺栓进行应力分析和强度校核，从而指导叶片根端连接的设计、优化及材料的选用。
　　2  叶片根端连接模型
　　2.1  叶片结构外形及材料属性
　　目前风电场中采用较多的1.5MW级变速变桨风力机复合材料叶片，其叶片根端连接如图1(a) 所示。叶片根端横截面为圆环形，其外圆直径为1890mm，内圆直径为1710mm，中心圆直径为1800mm，根端长度取800mm。从根端沿着中心圆周线均匀打孔并安装54根T型螺栓接头连接轴承。T型螺栓接头，如图1(b) 所示，由插到叶片壳体纵向孔内的钢螺柱，与保持在横向孔内的柱状螺母进行连接。叶片壳体纵向孔直径为32mm，长度为200mm，叶片壳体横向孔直径为65mm，横向孔轴线距根端为190mm。钢螺柱中间圆杆直径为23.1mm，长度为260mm，两端螺纹直径为30mm，长度为80mm。柱状螺母直径为65mm，长度为110mm。
　　根端玻璃钢的主要成分是三轴布，T型螺栓接头采用42 CrMo钢, 其材料参数如表1所示。
      
　　图1(a)  叶片根端连接图            图1(b)  T型螺栓接头
　　表1  玻璃钢及42 CrMo钢的材料参数
      
　　2.2  载荷及边界条件
　　在变浆风力机组中，轴承插在每个叶片和轮毂之间，使叶片可以绕轴旋转或调节桨距。其中轴承的内环螺圈与叶片根端的T型螺栓接头连接,而外环螺圈固定到轮毂上。同时为了使叶根的疲劳荷载影响减至小，标准操作是给T型螺栓加上预紧力，对于1.5MW级变速变桨风力机，对其叶根的每个T型螺栓施加预紧力300 kN。
　　叶片在正常工作状态和故障情况下，会受到各种不同的风况影响。根据《风力发电机组部分 安全要求》（IEC61400-1）规范，通过气动载荷计算等，到叶片根端处的极限叶根弯矩5360 kNm及轴向力250kN。
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