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。     

大型风力发电机混合塔架冬季施工技术

为确保大型混凝土结构与钢结构组合而成的风力发电机(风电机)混合塔架的施工顺利完成,结合某大型混合塔架样机的施工,探讨了风力发电机大型构件吊装及预制混凝土节段拼接缝冬季加热保温的施工技术。施工过程中的监测数据显示,加热保温措施很好地确保了拼接缝养护期间的温度符合养护要求,同时,混凝土塔筒吊装的直线度偏差远优于设计允许偏差,为类似项目积累了可借鉴的经验。     

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。     

水平轴风力发电机组钢筋混凝土塔筒结构研究综述

随着风力发电机组技术的不断成熟,水平轴风力发电机组单机容量的日益增大,导致风力发电向着大型化和海洋化发展,风电机组塔架结构研究备受广大研究人员的关注。虽然目前采用最多的塔架形式是钢结构,但是钢筋混凝土结构塔架相对于钢结构塔架具有取材容易、运输方便、造价低、刚度大、稳定性好、耐腐蚀、节约钢材和维修费用低等优点,具有一定的发展前景。本文就混凝土塔筒结构形式进行总结、分析和对比,指出有待进一步研究的内容,为风电机组塔架结构技术研究提供参考。     

陆上风力发电机机组用塔架结构综述

介绍了国内外风力发电的发展历程,国内风力发电现状以及风机的种类与组成,论述了当前国际上常见陆上风力发电机塔架的几种形式及其结构特点,总结了每种塔架的优势和不足,并对未来风机塔筒的发展做了展望,指出减轻重量和降低材料成本对于促进风机塔筒的发展至关重要。     

风力发电塔结构抗风抗震、健康监测和振动控制研究综述

可再生能源的利用是解决能源危机的一条途径,而风力发电则是最成熟的新能源技术之一。风电塔架作为风电机组的支撑结构,其安全稳定关系到风场的正常运行。本文着眼于水平轴风力发电机,首先对凤电塔架结构型式及近期风场事故进行了简短介绍,进而对风电塔架动力性能、抗风抗震、健康监测及振动控制等研究现状进行综述,涉及风电塔架的数值理论分析、实验室试验、现场实测等方面内容。文章最后提出一些需进一步开展的工作,旨在推动我国风电塔结构防灾研究。     

风力发电机组塔架的结构形式及其风载、地震作用综述

风力发电机组的塔架属于高耸结构,承受风荷载和地震作用,可采用钢筒、钢格构、钢筋混凝土筒和钢一混凝土组合筒等多种结构形式。本文简要分析了各种结构形式的优缺点及研究现状,认为随着风力发电机组越来越大型化,钢塔筒面临运输和施工吊装困难。而其它形式的塔架,如钢格构、钢筋混凝土筒和钢一混凝土组合筒塔架,具有易运输、易施工的优点,已获得一定应用,并可能进一步推广。目前,对钢塔筒的研究较多,而对其它形式的塔架研究较少;并且由于叶片数据缺乏,风力发电机组承受的风、地震作用的计算不很准确;此外,研究者分析的风力发电机组数量有限,所得结论不一定具有普遍性。     

钢-混凝土风力发电机组塔架设计及振动特性

以沈阳工业大学风能研究所1MW变速恒频风力发电机组为基础,结合钢管混凝土的力学性能,提出了一种新型风力发电机组塔架—钢-混凝土组合结构风力发电机组塔架,并利用大型有限元软件ANSYS对其强度进行校核。     

应用固定质量阻尼器的风机塔架风致振动控制研究

设置振动控制装置对风电机组塔架进行振动控制,能有效降低风塔的动力响应。目前在风电机组塔架中应用最为广泛的调谐质量阻尼器(TMD,tuned mass damper)存在着质量单元安装空间受到限制,且会增加塔体负担等问题。本文提出了用于塔架减振的固定质量阻尼器(FMD,fixed mass damper),它通过改变塔架与上部结构的连接方式,在机舱与塔架中间设置弹簧和阻尼单元,利用机舱、叶片等上部结构作为质量单元去减小塔架的振动。本文以某2MW风力发电机组塔架为例,建立FMD-塔架结构模型,并对其进行风载流固耦合动力响应分析。结果表明,塔架装设FMD耗能减振装置后,额定风况下塔架位移减小32%,同时加速度减小26.6%。由分析可知FMD-塔架结构较无控风机结构风载下动力响应减小明显且避免了传统TMD耗能减振装置安装不易、附加质量负担等问题,故FMD耗能减振装置可在风电机组中得到有效应用。     

风力发电结构的事故分析及其规避

风力发电是新能源中技术最成熟、商业化发展前景最好的发电方式之一,近年来在我国取得了迅猛发展。风力发电机塔架和基础是结构的重要组成部分,它承担着将上部结构所承受的全部荷载和作用安全可靠地传递到地基,并保持结构整体稳定的作用。目前,由风力发电结构引发的安全事故频发,这引起了业界的广泛关注。导致风力发电结构事故频繁发生的根本原因是现有结构普遍存在的安全隐患。从分析典型事故的原因出发,结合风力发电结构的受力特征对其进行合理的优化,是规避类似事件发生的行之有效的方法。     

Wind field simulation and wind‐induced responses of large wind turbine tower‐blade coupled structure

Herein, by a case study on a 5‐MW wind turbine system developed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, the wind field simulation and wind‐induced vibration characteristics of wind turbine tower‐blade coupled systems is analyzed. First, the blade‐nacelle‐tower‐basis integrated finite element model with centrifugal forces induced by rotational blades is established. Then, based on a harmony superposition method and the modified blade element‐momentum theory, the fluctuating wind field of tower‐blade coupled systems is simulated, which considers wind shear effect, tower shadow effect, rotational effect, blade‐tower dynamic and model interaction effects. Finally, the wind‐induced dynamic responses and wind vibration coefficients of the wind turbine tower‐blade coupled structure are discussed through the ‘consistent coupled method’ previously proposed by us. The results indicate that the wind‐induced responses of a large wind turbine tower‐blade coupled structure present complicated modal responses and multimode coupling effect. Additionally, the rotational effect would amplify aerodynamic loads on blades with high frequency, wind‐induced dynamic responses and wind vibration coefficients of wind turbine tower. The centrifugal force effect could also amplify natural vibration frequency of the tower‐blade coupled system and reduce the wind‐induced dynamic responses and wind vibration coefficients of wind turbine tower. The research could contribute to wind‐resistant design of structure for a large‐scale wind turbine tower‐blade system. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

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.     

某新型风电机组塔筒倾斜及安全性检测鉴定

某3MW风电试验机组采用新型预应力混凝土基础形式,在机组试验运行阶段发生机组塔筒倾斜,风机安全运行受到严重威胁。本文通过对该风电机组基础的检测鉴定,分别从风机基础设计和施工角度查明了机组倾斜的原因,针对性地实施了纠偏加固处理。并针对纠偏加固处理效果进行了检测分析,同时采用动力测试技术分析了风机塔筒的动力特性,为风机的安全运行提供了技术依据。本文开创了此类风电机组基础检测鉴定的先例,指出了该类型风电机组基础设计以及施工中存在的问题,本文的实践研究成果将为此类风机基础的设计、施工和检测鉴定提供宝贵的技术参考。     

风力发电钢塔简的荷载计算方法和荷载组合研究

目前我国相关规范和规程尚没有对风力发电钢塔筒给出具体的荷载计算方法。本文分析研究了风力发电塔筒的荷载作用特点,总结了风力发电钢塔筒的荷载计算方法和荷载组合。对水平气动荷载公式进行了修正,并提出了修正系数0．4。通过对某MW级风力发电塔筒的力学性能进行有限元分析,提出了塔筒设计时可变荷载中的第一可变荷载和最不利工况。     

风力发电机组的有限元分析及动力特性研究

风力发电近年发展迅猛,中国是世界第一风能大国,安装有大量风力发电机组.风力发电机组受到风荷载和地震等动力作用,通常采用有限元方法建立风力发电机组的动力学模型.由于叶片参数不易获得,有限元建模可将叶轮和机舱质量集中在塔架顶部(模型1),或采用等截面均质梁模拟叶片(模型2).本文基于某65kW风力发电机组试验数据,分析了两种模型动力特性的差异.结果表明:模型1的1、2阶塔架频率与试验数据误差在10%以内,模型2可进一步减小误差.但叶片刚度对风力发电机组频率影响较大,如果叶片刚度选择不当,会造成较大误差.模型1和模型2的1阶塔架模态几乎相同,但2阶模态存在一定差异.     

海上风机的分部与整体结构设计现状

海上风机结构是一个相对复杂的结构系统,其动力响应受到多种环境因素影响,且多种荷载之间的相互作用是一种非线性行为。此外,风力机不同组成部分之间都有其独特特性,结构间的耦合作用决定着风机在非平稳环境力作用下的整体动力反应。分别综述了风机叶片的转动与弹性变形的耦合、塔架与叶片的耦合、塔架的优化设计、基础的模型以及结构随参数变化敏感性分析。最后对未来有待于进一步研究的问题进行介绍。     

Vorgespannte Betontürme für Windenergieanlagen: Einflüsse nichtlinearer Materialeigenschaften auf die Eigenfrequenzen als Entwurfskriterium

Pre‐stressed Concrete Towers for Wind Energy Turbines: Influences of non‐linear Material Properties on the Eigenfrequencies as a Design criterion The fast increase of the wind energy market in Germany promoted a dynamic development of wind turbine technology in the last decades. New concepts in the fields of construction, control and generation resulted in improved quality and efficiency of the wind turbines. With the growing rotor size and tower height new questions arise for the structural engineers and the building companies. In order to distribute the large forces at the tower‐head down to the soil and to balance the eigenfrequency of the structure with the excitation of the wind‐turbine, in general pre‐stressed concrete towers are necessary in case of tower heights beyond 100 m. The present paper will summarize the main design criteria for such towers and will explore the influences which are relevant for a reliable dynamic design.     

锥筒形风机塔架的风致响应分析

用有限元软件Abaqus对近海2.5MW的锥筒形风机塔架结构进行模态分析。通过质量-弹簧-阻尼单元模拟风机塔架的基础,提取它的前八阶模态进行分析。比较塔架固有频率和叶片的旋转频率,发现二者不会发生共振。在模态分析的基础上对风机结构整体进行风致响应分析,验证结构体系的安全性。通过对风机塔架进行风致动力响应分析,为结构的振动特性诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。     

Theoretical study and experimental verification of vibration control of offshore wind turbines by a ball vibration absorber

In this paper, a ball vibration absorber (BVA) is introduced for vibration control of offshore wind turbines. The dynamic responses of offshore wind turbines equipped with a BVA are presented. Both theoretical and experimental investigations are carried out. An analytical model for the wind turbine tower system with installed BVA is developed based on Lagrange's equation. The BVA-structure integrated equations are derived and solved in both time domain and frequency domain. A series of shaking table tests on a 1/13-scale wind turbine model with and without a BVA were carried out to evaluate the effects of BVA on the vibration mitigation of the wind turbine tower system under earthquakes and equivalent wind-wave loads. Numerical simulations of the system are performed and compared with the experimental results. Good agreement between the numerical and experimental results is observed. The results indicate that BVA could effectively improve the performance of the offshore wind turbine.