基于ABAQUS地震激励下风力机结构损伤分析

高耸的风力机塔架结构属于典型的顶部附有大集中质量的细长柔性体的力学结构,相比传统建筑结构差异性较大,极易受到地震载荷影响。基于有限元分析软件ABAQUS建立风力机塔架、基础平台和土体模型,通过FAST导出风轮非定常推力,作用在塔顶机舱,土体底部施加地震加速度时间序列,进行风力机结构模态分析、稳定性分析和动力学响应分析。研究表明：塔架主要的运动形式为摇摆运动和弯曲振动;塔架一阶固有频率为0.290 Hz,大于风轮的额定旋转频率0.202 Hz,因此叶片旋转不会引起风力机塔架发生共振;风载荷作用下,塔架发生横向屈曲,屈曲位置位于塔架底部且随模态阶数增大而逐渐向上发展,屈曲因子较大;地震载荷作用下,塔架发生纵向屈曲,屈曲位置同样位于塔架底部且随模态阶数增大而逐渐向上发展,较风载荷发生屈曲区域相对更大,屈曲因子相对较小。     

基于仿生学的风力机塔架结构设计及其力学性能分析

风力机塔架力学结构属典型的柔性细长弹性体,考虑到沿海一带棕榈树与近海风力机结构(同为细长柱体)所处环境的相似性,以传统筒型和仿生风力机塔架为研究对象,通过棕榈树样本参数拟合出树干外形函数,并考虑棕榈树内部维管束结构及其材料特性,分别建立了刚性、柔性和布置类维管束结构的仿生塔架3种塔架模型,进一步采用有限元方法对3种塔架进行静力学分析、模态分析与谐响应分析,并对比3种塔架的力学性能,分析仿生结构对塔架力学性能的影响。结果表明:风载荷作用下,原始塔架的最大应力主要集中在塔架底部,仿生塔架则集中在塔架底部以上;与柔性塔架相比,仿生塔架顶端位移增加了282.0%,而最大应力仅增加了18.0%,在满足塔架应力允许范围内,仿生塔架柔性更好;仿生塔架达到共振时塔顶位移响应幅值降低了22.2%,且共振频率点均偏大;与刚性塔架相比,柔性与仿生塔架的固有频率均较低,而仿生塔架的固有频率略高于柔性塔架。     

考虑连接段厚度影响的风力机组合塔架优化设计*

钢-混组合塔架是低风速地区风力机支撑结构的主要型式之一,连接段对结构的性能有重要影响,组合塔架结构设计直接影响风力机的安全与建设成本。为改善塔架的结构性能以及降低塔架造价,构建了以各塔段外径、壁厚、连接段厚度和混凝土段高度等关键几何尺寸为设计变量,以塔架的固有频率、应力、位移和稳定性等关键性态指标为约束条件,以塔架成本为目标函数的优化设计数学模型。利用模型对某3 MW风力机组合塔架进行优化设计。结果表明：优化方案的塔架总成本减少了15.7%,塔架的整体结构性能得到一定改善;混凝土段高度为塔架总高度的62%时总成本最低;考虑连接段厚度的优化模型能有效调整连接段的受力性能,有利于提高塔架整体优化的效果。考虑组合塔架连接段厚度的优化设计可为同类塔架的设计提供参考。     

风力机塔架的结构动力分析

阐述了风力机塔架的固有和固有振型、顺风向下塔架的风效应和位移响应，横风向塔架在尾涡激励下的风效应和位移响应以及由风轮旋转而引起的位移响应，给出了计算实例，为风力机塔架结构动力设计提供了有效方法。     

预应力混凝土成品零件制成的塔架

本发明涉及一种垂直安装由预应力混凝土预制成品零件制成的塔架的方法和实现该方法的装置。为了至少减小安装塔架的现行技术的公知问题的数量，提供了一种漏斗形的装置，用于引导拉伸金属丝。该装置较小的横截面基本上与套管的截面相同。另外还设置了用于在两个互相重叠的塔架部分之间形成压力不能透过的过渡部分的密封件。密封件的高度基本上与塔架部分的预定间距相适应。还公开了预应力混凝土预制成品零件，本发明的装置与该零件成为一体。本发明还涉及一种使用环氧树脂作为两个塔架部分之间的连接材料的方法。     

考虑塔架和叶片动力耦合的随机风载下风机结构动响应分析

考虑叶片和塔架的动力耦合作用,建立了5 MW风机整体结构的有限元模型,计算其在随机风速下的动响应。为分析叶片和塔架的动力耦合对风机结构动响应的影响,计算比较了刚性支撑的叶片、简化的风机和整体风机3种模型在风载下的动响应位移和应力。计算结果表明:由于叶片和塔架的耦合作用,叶片的位移响应最大增加约20%,但是塔架的位移响应最大降低了约60%。文章还分析了叶片旋转过程中方位角对塔架位移响应的影响。在叶片的一个旋转周期内,塔架的响应幅值会有较大的波动,最大响应幅值约为最小响应幅值的3倍。     

基于双向流固耦合的海上风力发电塔架风致响应特性分析

针对海上风力发电塔架风致响应特性,利用有限元分析软件Solidworks建立塔架叶片耦合结构模型进行模态分析,分析各个振型形成的原因及影响。结合Davenport脉动风速谱,利用双向流固耦合法,对塔架叶片耦合结构进行动力学参数变化分析,并在耦合结构作用下,对塔架及叶片进行位移变化分析。结果表明:耦合结构的第一阶振型为叶片前后弯曲,塔架无明显变化;耦合结构的第二阶振型为叶片垂直摆振,与扭转变形相耦合,塔架最大水平位移为0.58 m,塔架的水平位移无规则变化,变化幅度较大;耦合结构的第三阶振型为叶片俯仰挥舞,与叶片弯曲振型相耦合;塔架叶片耦合后的叶尖位移偏移量呈脉动性变化,塔架的惯性矩较小。该结果为海上风力发电塔架运行过程中动力学参数的变化及状态监测提供参考。     

预应力风电机组基础与风电机组塔架连接分析

风电机组塔架与预应力基础混凝土之间的连接包括T型法兰和L型法兰。国内外相关资料中只有T型法兰的相关计算公式,而有关L型法兰是否适用于风电机组塔架与预应力基础混凝土之间的连接并没有相关文献及规范说明。针对这个问题,参照T型法兰连接,推导出L型法兰连接的理论公式,并对其承载性能进行有限元校核分析,得到如下结论:风电机组塔架与基础混凝土(或高强灌浆)间不能直接采用L法兰连接,最有效的解决办法为将L法兰改为T法兰。     

风力发电小知识

风力发电的原理,是利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。把风能转变为电能是风能利用中最基本的一种方式。风力发电没有燃料问题,也不会产生辐射或空气污染。风力发电机一般有风轮、发电机(包括装置)、调向器(尾翼)、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。风力发电机的工作原理比较简单,风轮在风力的作用下旋转,它把风的动能转变为风轮轴的机械能。发电机在风轮轴的带动下旋转发电。     

预应力风电机组基础锚杆笼连接计算方法研究

正目前风电机组基础与上部塔架之间的连接多采用预制钢制基础环连接,如图1所示。然而随着风电机组容量的逐渐增大,基础环的局限性也表现得更加明显,因此一种新的连接方式-锚杆笼连接应运而生。锚杆笼连接在适用范围和建造成本上具有很大优势,然而由于其结构构成与常用的预制钢制基础环有显著差异,在设计与计算方法的选择上需要另辟蹊径。     

风电机组塔架的振动特性分析

为了研究塔架的振动特性,采用结构动力学的方法,从理论分析和仿真计算两方面,对塔架的振动特性进行了分析和仿真计算,得到了激振力频率和塔架位移、加速度的响应特性。研究表明:在外部激振载荷作用下,塔架的振动频率中同时包含激振力频率和塔架的固有频率,仿真计算的结果与理论分析的结论一致。通过对比实测数据,风机正常运行时,塔架加速度的频谱主要集中在塔架的三倍旋转频率附近。     

深海三浮体式风机整体结构模态分析

海上风电逐渐从浅海的桩柱型向深海的漂浮式发展。采用风机正向设计SAMCEF for Wind Turbine软件对安装于水深100 m处的三浮体式风机平台整体结构进行了模态分析。由计算结果分析可知,浮式风机整体结构振型比较复杂,不同构件振型变化较大,平台的振动对上部塔架有连带作用;平台低阶振型主要表现为纵荡、横荡、垂荡,横摇、纵摇和首摇,能够有效避开海洋频区对结构造成的不利影响;高阶振型表现为振荡和摇动的复合。由坎贝尔图可知,浮式风机塔架自振频率和风机叶片旋转频率不会产生共振。     

组合式风力发电塔架静力学有限元分析

为解决常规的锥型风力发电塔筒在大型风电机组中的制作、加工和施工运输成本大幅上升的问题,提出了新型组合式风力发电塔架结构以及在组合式塔架连接处采用过渡段连接的改进方案。分析了组合式塔架的静力学特点和最佳过渡段设计方案,并与常规锥台型塔筒的力学性能进行了对比。结果表明,组合式塔架在额定工况和暴风工况下均满足强度和刚度要求;过渡段最佳厚度为255mm、高度为25m,改进后的塔架提高了组合式塔架的力学性能;暴风工况下,改进后的组合式塔架塔顶位移比锥台型塔筒约小17%,且总体上组合式塔架的用钢量明显小于锥台型塔筒,具有良好的经济适用性能。     

考虑叶片旋转和离心力效应风力机塔架风振分析

为分析叶片旋转和离心力效应对风力机塔架风振反应的影响,建立考虑叶片离心力效应的风力机塔-轮整体有限元模型分析系统动力特性,采用谐波叠加法和改进的叶素动量理论模拟考虑旋转效应的叶片和塔架脉动风速时程,结合笔者提出的风振精细化频域计算方法分析塔架与叶片在脉动风作用下的动力反应。研究表明:旋转效应会增大叶片的气动载荷和塔架的动力响应及风振系数,离心力效应增大了风力机系统频率并减小了塔架的风振反应及风振系数。     

风电机组塔架钢板下料尺寸计算

本文提供了风电机组塔架钢板下料尺寸计算方法,风电机组塔架是由数段圆锥筒体依靠法兰连接组成一个锥形圆筒状结构,对每一张钢板的尺寸计算有极高的要求,必须严格控制其误差。本文给出了一个固定的模板,只需输入个别已知数据,模板就会自动算出所有所需尺寸,同时尽可能减少人为因素。     

1.5MW风力机塔架-基础的动力特性研究

采用多种计算模型结合敏感性分析,研究了塔架及塔架-基础的动力特性,发现塔架与基础的振动有一定的耦合作用;考虑基础与塔架相互作用后,塔架各阶自振频率降低,特别是高阶自振频率降低较多;在地震液化等极端工况下,地基基础对塔架动力特性的影响更明显。总结并分析了塔架的振源,指出脉动风荷载是风力机设计中必须重视的部分;风绕塔架流动一般处于超临界或跨临界范围,在超临界范围不会出现明显的塔架涡激振动,在跨临界范围可能出现严重的振动;风轮属细长弹性体、气动特征明显,其振动响应比较复杂且易发生破坏事故。为减小柔性塔架振幅,给出了风力机起动时快速跳过瞬态共振区、增加塔架阻尼和优化塔架体型以进一步改善塔架动力特性等方面的建议。     

受腐蚀输电杆塔整体结构安全性分析与评估

针对输电杆塔钢构件腐蚀后降低构件极限承载力并影响塔架整体结构安全性问题,提出了一种从整体结构出发评估受腐蚀杆塔安全性的方法,即基于层次分析法将输电杆塔分为4层,再根据每层构件按受力特点和重要程度进行分类,用腐蚀裕度定义构件的安全指标,并以此求解各层及整体结构的安全度,工程实例验证该方法可延长杆塔使用寿命,可为杆塔维护检修及优化设计提供参考依据。     

一个风力发电厂和其控制方法

一个风力发电厂，它包括至少一个风力发电站，该发电站包括一个风力涡轮机和一个由该风力涡轮机所驱动的发电机，和一个将风力发电站与传输或分配网络相连接的交流电压连接。一个频率转换器被连接在该发电厂的网络端上的交流电压上，该频率转换器被安装在风力发电站和变压器中间，     

风力机塔架结构通用前后处理系统

结合风力机塔架的结构特点,采用自动划分单元网格技术,设计了一个适用于微机,操作简单,自动化程序高的有限元前后处理程序。该程序与ＡＤＩＮＡ有限元计算软件相结合,形成了适用于风机设计人员使用的塔架结构通用有限元分析系统,为有限元技术在风机塔架设计工作中的广泛应用提供了一个有力工具,并给出了具体的应用实例。     

基于仿生设计的风力机塔架力学性能分析

为提高塔架力学性能,提出一种仿生结构塔架并研究静态和动态结构特性。建立了1.5 MW风力机塔架有限元模型,通过仿棕榈植物的结构,将传统塔架模型设计成带类维管束腹板的锥筒塔架和带类维管束腹板多段式仿生塔架,并将计算结果与传统塔架进行了对比分析。结果表明:类维管束腹板使仿生塔架具有更强的抗弯性能,可有效降低塔架的塔尖位移,较之传统塔架减小了68%;传统塔架的应力集中在塔架根部,而仿生塔架能高效地分散载荷,最大应力下降19%,起到减载作用;仿生塔架的一阶固有频率较传统塔架下降0.246 Hz,能够避开塔架的共振频率范围。