基于变形要求的钢-复合材料风机塔筒选型研究

近年来,随着风电机组的大型化发展趋势及近海、海上风机的应用,塔筒的高度和截面尺寸随之增大,防腐、加工及运输等方面一系列问题亟待解决。复合材料具有防腐性能、后期维护、运输安装等方面的优势,但一般弹模相对钢材较低,为充分发挥钢和复合材料的优势,本文提出了钢-复合材料组合风机塔筒结构方案。以变形作为控制指标,基于刚度等效的思想,采用阶梯折算法,推导了变截面钢塔筒和钢-复合材料组合塔筒在风机荷载及塔身风荷载作用下的顶端位移表达式。通过优化选型,给出了等刚条件下组合塔筒的最优化尺寸。采用有限单元法对组合塔筒和钢塔筒的结构性能进行了分析比较,验证了组合塔筒结构方案的可行性,可供钢-复合材料组合结构在风机塔筒中的应用参考。     

拼腔组合结构风机塔筒系统气动响应性能分析

风电资源开发空间的高度及机组容量日益提高,超高塔筒技术得到广泛研究。本文提出一种适用于陆上风电塔筒结构方案的新型拼腔钢-混凝土组合结构风机塔筒,基于风力机系统气动理论,建立了高140m的4.5MW风力机塔筒数值模型,对其在风载下的动力响应进行了数值模拟,并分析了各参数对结构动力特性的影响规律。结果表明:土壤和基础的耦合作用对塔筒系统的频率及模态阻尼比影响较小;风机塔筒的频率、塔顶位移和加速度响应均能满足规范要求;随着风速增大,塔筒顶部位移减小,加速度增大;结构阻尼比对顶部位移的影响较小,而对顶部加速度的影响较明显。研究结果可为塔筒结构风洞试验提供理论依据。     

施工偏差对冷却塔塔筒结构性能的影响分析

本文分析了几何尺寸施工偏差对钢筋混凝土自然通风冷却塔塔街受力性能的影响，并进行了2种结构极限状态的验算。     

钢筋砼筒塔地震响应分析的一个有效方法

将传递矩阵与 Newmark—β法(逐步积分)和 Riccati 变换相结合,导出求解钢筋砼筒塔结构地震响应分析的传递方程,然后将结构的边界条件代入、回代,就能很方便地求出结构的动力反应。在进行地震时程分析时,不但考虑了水平地震的作用,而且还考虑了竖向地震的作用,以及它们的共同作用。本文提出的方法,用 FORTRAN—77语言编出程序 DYRAT,算例在 DPS—8机上通过,说明其精度。     

考虑直接雷击情况的建筑物等电位连接讨论

在防雷和电磁兼容设计中,等电位连接是非常重要的概念。本文采用电路法计算分析建筑物遭直接雷击时金属构架上的节点暂态电压分布。数值计算结果表明,等电位的概念只在有限区域内适用。等电位连接的有效性取决于设备地线的连接方式．并给出了提高等电位连接有效性的建议。     

塔筒壁厚和弹模对冷却塔结构特性和配筋的影响

塔筒壁厚和混凝土等级是冷却塔结构设计中的重要内容.为明确塔筒壁厚和弹模对冷却塔结构特性和配筋的影响,以某代表性冷却塔为例,通过调整壁厚和混凝土弹模,分析了两者对内力、动力特性和配筋用量的影响.结果 表明:自重的双向轴压力与壁厚近乎正比,温度的弯矩效应与壁厚平方成正比,风荷载的双向轴力不随壁厚变化但弯矩效应近乎与壁厚平方...     

风速风向对风机塔筒结构动力响应和疲劳寿命的影响

基于气象站的观测数据,推导得到某1.25MW风机位置处的风速风向联合分布函数,对风机塔筒结构的风致响应和疲劳寿命进行计算,将计算结果与现场实测结果进行对比,系统研究了风速风向对风机塔筒结构动力响应和疲劳寿命的影响。结果表明:风向对顺风向和横风向位移响应的影响规律不一致,且风向对塔筒结构的疲劳累积损伤影响较大,在风向出现概率较大的区间产生的疲劳累积损伤较大。与考虑风向角下得到的疲劳寿命相比,不考虑风向角影响的疲劳寿命偏小。为了兼顾风机结构设计的可靠性和经济性要求,需考虑风向对风机塔筒结构疲劳寿命的影响。     

基于不同单元的风力机塔筒受力分析

塔筒作为风力机的主要承重结构,在风力机工作过程中承受着复杂的荷载,基于有限元方法分析其力学特性成为了必要的手段。为提高有限元计算精度和对复杂结构分析的准确性,文中基于GH-Bladed计算了某5 MW风力机在25 m/s风速下的荷载,并基于ABAQUS有限元软件分别采用梁单元、壳单元和实体单元建立了风力机塔筒有限元模型,并进行了动力特性及静力响应分析。对比研究了不同有限元模型的动力特性和荷载响应,总结归纳了三种有限元单元对分析结果的影响规律。结果表明,采用不同单元建立风力机塔筒模型对其分析结果有着不同的影响,针对不同分析目标应选择合理的有限元模型。     

雷击对临近保护对象的影响分析

简要介绍雷电空间电磁辐射、静电感应、电磁感应和瞬态地电位抬高对临近防雷保护对象产生的危害。在此基础上提出受临近建筑物雷击风险影响的防雷保护对象的防护措施。     

考虑盐雾环境的雷击海上风机暂态过程数值模拟

海上风电场长期运行于潮湿、高盐环境,研究盐雾环境对雷击海上风机暂态过程的影响,有助于准确分析其雷击暂态效应.首先建立了考虑空气湿度和高盐雾环境的空气介质模型,分析了该模型主要对桨叶和塔筒波阻抗产生影响.再综合考虑盐雾环境、雷电通道、旋转叶片姿态、主轴电容等特性对暂态过程的影响,并将多节组合空心塔体离散化处理,建立了新型...     

风力发电整体式预应力混凝土塔架考虑应变率影响的分析

随着风力发电机发电容量的日益增大,风力发电塔结构越来越重要。由于预应力混凝土塔架相对于钢塔架具有造价低、刚度大、稳定性好、耐腐蚀、节约钢材和现场施工方便、维修费用低等优点,使得预应力混凝土结构有更好的发展前景。本文通过考虑风荷载引起的应变速率对混凝土强度提高的影响,对风力发电整体式预应力混凝土塔架进行了结构分析和设计计算,得到预应力混凝土塔架底截面的预应力筋和非预应力钢筋的配筋设计。     

考虑不同边界约束条件下的风电机塔架固有频率分析

为了准确分析地基土刚度和基础本身刚度对风力发电机塔架动力特性的影响,利用大型通用有限元软件ANSYS对某风力发电机塔架分别建立塔筒有限元模型和塔筒及基础的整体有限元模型,对塔架进行模态分析：考虑不同的边界约束条件,包括塔筒底部刚接、混凝土基础底部刚接、基础底部和侧面均刚接、基础底部刚接侧面约束两个水平方向、基础底部加扭转和竖向弹簧、基础底部加扭转和竖向弹簧并且侧面加水平向弹簧几种模型,确定其固有频率和振型。有限元模型中,机舱质量和叶轮质量以质量单元方式加于塔筒顶部。不同约束条件下的固有频率计算结果显示,地基和基础的弹性对整体结构固有频率有一定影响,是否考虑地基土刚度和基础本身刚度的计算结果的差别为11.6%。这表明在设计中,宜考虑基础本身刚度和地基土刚度对风电机塔架动力性能的影响。最后将塔架固有频率与叶片转动频率1p（1个叶片）、3p（3个叶片）进行比较,结果显示塔架固有频率与1p上限值非常接近,对塔架系统动力特性较为不利。     

考虑桨叶旋转效应的海上风力发电高塔系统随机风振响应与动力可靠度分析

研究了考虑桨叶旋转效应的海上风力发电高塔系统随机动力响应与风振可靠度分析.在风场模拟中,桨叶风荷载需要考虑旋转效应的影响.因此,对塔体风荷载,直接采用基于物理机制的随机Fourier谱,而对桨叶风荷载,则采用考虑桨叶旋转机制的随机Fourier谱概念.在此基础上,结合概率密度演化理论,对海上风力发电高塔系统进行了随机动力响应分析以及基于塔顶位移响应的风振动力可靠度分析.结果表明,上述方法能够有效地进行此类结构的随机动力响应及可靠度分析.     

共享铁塔防雷接地可靠性研究

共享铁塔是在电力杆塔上加装通信设备,然而电力系统和通信系统的容量、电压等级等相差较大,两者之间的相互作用不可忽略.为获取共享铁塔接地装置暂态性能,本研究参照220 kV电力铁塔和移动通信机房接地装置图纸,建立了铁塔地网和通信机房地网不同连接方式,不同连接点个数,电缆不同连接方式情况下雷击共享铁塔的暂态计算模型,研究共享铁塔遭受雷击时接地网防雷可靠性.通过分析地电位分布情况及电缆电磁骚扰情况,得到出重要结论:若考虑降低接地网的暂态地电位升峰值,宜采取两地网间距10 m;若从共享铁塔接地网的均衡性能角度出发,宜采用将通信机房置于塔下的接地方式.     

雷击下共享杆塔接地方案优化

为了获取不同情况下杆塔上的电流和电位分布、接地网的地电位分布以及电缆电磁骚扰情况、提出共享杆塔优化设计和过电压防护策略需要研究适用于共享杆塔的建模方法、明确共享杆塔上电力线路与通信设备之间的相互作用机理.本研究基于已有杆塔结构建立仿真模型,然后以模型为基础计算获得雷击情况下不同接地方法对应的共享杆塔上电流和过电压分布情况和接地网地电位升分布情况.通过总结明确接地方式、接地网尺寸、通信设备安装位置、连接方式等对雷击共享杆塔接地方案的影响,对实际工程中相关结构和参数的选取给出了指导意见.     

自然接地体在变电站降阻改造中的应用分析

针对目前变电站接地问题日益突出、常用的降阻措施受到多方面因素制约等问题,对变电站接地降阻改造中采用自然接地体的方法进行了讨论,并结合福建某110 kV变电站接地改造的工程实例,分析了利用自然接地体作接地装置的合理性和优越性.认为接地工程中,充分利用自然接地体不仅能有效降低接地电阻,还具有省工、省料、接地电阻稳定、使用寿...     

光伏组件与阵列接地系统雷击暂态特性分析

光伏组件与阵列的接地系统对于光伏发电系统的雷电防护至关重要,有必要详细研究接地系统在雷电作用下的暂态特性.通过EMTP软件建立光伏组件支架和地网模型,计算光伏组件支架雷击暂态过电压,讨论合适的垂直接地体与水平地网连接方式.分析光伏阵列采用组件地网互连方式时,光伏组件地网合适间距及其受土壤电阻率和雷电流波头时间的影响.研...     

某风力发电分离式预应力混凝土塔架的设计和分析

本文考虑动力荷载作用下混凝土材料强度的提高,对某2.5MW风力发电预应力混凝土塔架在静力和动力荷载作用下的受力性能进行了分析,计算了预应力混凝土塔架最危险截面的轴力、剪力和弯矩,并验算了截面承载力,为钢-预应力混凝土塔架的设计提供经验。     

锥筒式海上风力发电塔架分析设计

风力发电是目前利用风能的重要形式,也是可再生能源中比较成熟的,如今风力发电场正从陆地向海上发展。文章主要讨论了作为风力发电机组承重结构的锥形塔筒,分析了塔筒的受力特点及稳定分析要点,并总结了塔筒有限元分析模型简化的方法,指出设计此类塔筒需注意的几个关键技术问题。