科创中国

行业领域

电子信息技术,计算机及网络技术

需求背景

风能是一种可再生、可预测的清洁型能源，随着我国“双碳”战略目标的提出，风力发电将成为我国可再生资源发电行业的“主力军”。

风电机组中的轮毂、机架、主轴及轴承座等关键构件，是起关键承载和支撑作用的主结构件，承受很大的疲劳载荷，其疲劳性能和寿命至关重要，影响机组安全可靠运行。由于风电不断发展以及平价、竞价持续推进，经济性与可靠性要求日益提高，风电机组关键构件的疲劳设计面临严峻挑战。

需解决的主要技术难题

轮毂、机架、主轴及轴承座等风电机组关键构件通常由铸、锻、轧、焊等金属材料和结构加工制造，其疲劳设计主要参考国外相关标准进行，国内外常规做法是：按照 GL 和 IEC 规范中规定的分析原则，根据 Miner 理论等进行分析评判。对于上述疲劳设计，目前完全依据现有规范和常规方式，存在一些亟需解决的问题。

1）国产与国外材料性能有差异，参考国外性能数据进行设计的结果不能准确反映国产构件的服役寿命；材料疲劳的理论曲线与实测曲线也有差异，完全按照理论曲线既可能保守又不尽可靠；而材料疲劳受多种因素影响，如何获取准确可靠的材料疲劳性能数据用以指导疲劳设计一直是工作的难点；

2）参考国外标准选用 Goodman 修正模型以及 Miner 线性损伤累积模型进行设计的服役寿命偏保守，降低了材料利用率，增加了生产成本，而关于疲劳理论和损伤机理等的研究一直都是较难的课题；

3）针对构件局部超屈服工况、压应力疲劳等非常规疲劳设计，没有相关的数据和规范可以参考，无法准确评估此类设计工况构件的安全可靠性，存在服役安全隐患。

期望实现的主要技术目标

以上问题一方面导致轮毂、机架、主轴及轴承座等设计偏重，成本高，经济性较差；另一方面导致风电机组关键构件容易疲劳失效，可靠性不足，疲劳失效造成批量解体下架将会产生巨大的风险和损失。这些都难以适应风电机组日益发展提高的经济性与可靠性要求。为解决上述问题，需开展系统性的技术攻关，

1）风电机组关键构件疲劳性能数据的测试研究完善对风电机组关键构件典型结构与材料展开疲劳性能实测与分析研究，建立和完善疲劳数据库，并找出实测曲线与理论曲线之间的一般性差异规律；

2）风电机组关键构件疲劳理论模型的研究完善

对风电机组关键构件典型结构与材料的应力比修正模型和损伤累积模型展开理论研究和试验测试，完善适用于风电机组关键构件典型结构与材料的应力比修正模型和损伤累计模型；

3）风电机组关键构件超屈服和压应力疲劳评估研究

针对构件局部超屈服工况、压应力疲劳等非常规疲劳设计进行研究和试验测试，考虑非标试样和试验测试，获得可靠评估此类涉及工况构建疲劳强度的数据和方法；

4）风电机组关键构件疲劳寿命预测软件开发

开发出风电机组关键构件疲劳寿命预测软件，软件集成上述测试结果与研究成果，以指导轮毂、机架、主轴及轴承座等关键构件的疲劳设计与寿命预测。

需求解析

解析单位：“科创中国”智慧能源产业科技服务团（中国能源研究会） 解析时间：2022-11-10

王伟兵

中国能源研究会

执行副秘书长

综合评价

该项技术需求表述清晰，阐述了需求的主要核心内容及相关的解决路径，未来，风电机组关键构件疲劳性能研究及疲劳寿命预测软件研发这项工作，可以根据风电机组实际运行功率曲线（即：在运行过程中通过机组主控及配套软件形成的功率曲线）受温度、气压、叶片污染及机组自身特性等因素的影响，并随机组所处环境及气候条件的不同来进行分析，进而提出切实可行的解决方法。

查看更多>

解析单位：“科创中国”低碳能源技术产业科技服务团（中国可再生能源学会） 解析时间：2022-09-20

杜广平

北京鉴衡认证中心

总工程师

综合评价

该技术需求背景介绍和需要解决的主要技术难题分析基本合理，研发内容和期望实现的技术目标明确，通过专家联合研发基本可以实现。但是要在传统疲劳理论和损伤机理方面取得突破仍存在较大难度。

查看更多>

处理进度