风力机风振背景、共振响应特性及耦合项分析

基于已提出的可考虑结构共振模态之间、背景与共振模态之间耦合效应的风振计算方法“一致耦合法”,对某兆瓦级大型风力机系统进行风振反应分析。首先建立风轮-机舱-塔体一体化有限元模型,获取并分析系统动力特性;然后采用谐波叠加法和改进的叶素动量理论,模拟考虑相干和旋转效应的风轮-塔架脉动风场;最后进行风力机塔轮系统结构的风振动力反应计算。通过与全模态精确解的对比探讨,揭示了风力发电塔轮系统风振背景、共振响应分布特性,以及模态间耦合效应的作用机理,并给出了风力机塔轮系统风振系数的建议取值,为兆瓦级风力机系统的抗风设计提供科学依据。     

大型冷却塔设计风荷载取值研究

我国冷却塔建设日趋高大化(塔高远超规范限制165 m)和复杂化(群塔组合复杂多变、周边建筑干扰显著),相应的设计规范和设计经验已无法满足其抗风设计需求。课题组以国内多个(超)大型冷却塔实际工程为例,进行了考虑群塔和周边建筑影响的刚体测压风洞试验,基于试验结果总结归纳了群塔放大系数取值的变化规律;再加载风洞风压时程进行随机有限元分析,计算获得多个典型高度和塔型的冷却塔结构二维风振系数取值,探讨了塔高、群塔干扰和阻尼比等参数对风振系数取值的影响规律。相关结论可为此类超大型冷却塔的设计风荷载取值提供科学参考依据。     

1000kV特高压山区单回路输电塔风振特性研究

1000kV特高压单回路输电塔属于风敏感结构,风与结构的相互作用十分复杂,风荷载常常是设计的主要控制荷载之一。以某1000kV单回路塔为研究背景,获得了结构的自振动力特性。基于随机振动理论推导了铁塔的风振系数计算公式,研究了垂直线路方向和顺线路方向的振型模态,同时分析了结构各层的风振系数分布特点,并与设计规范进行对比,得出特高压单回路输电塔风振系数计算的经验公式。通过研究,揭示了1000kV特高压单回路塔的风致振动特性,结果可作为特高压铁塔结构抗风设计的参考。     

1000 kV特高压山区单回路输电塔风振特性研究

1 000 kV特高压单回路输电塔属于风敏感结构,风与结构的相互作用十分复杂,风荷载常常是设计的主要控制荷载之一.以某1 000kV单回路塔为研究背景,获得了结构的自振动力特性.基于随机振动理论推导了铁塔的风振系数计算公式,研究了垂直线路方向和顺线路方向的振型模态,同时分析了结构各层的风振系数分布特点,并与设计规范进行对比,得出特高压单回路输电塔风振系数计算的经验公式.通过研究,揭示了1 000kV特高压单回路塔的风致振动特性,结果可作为特高压铁塔结构抗风设计的参考.     

500kV长江大跨越输电塔风振系数研究

大风是大跨越输电塔设计的控制工况,而风振系数是跨越塔风荷载计算的重要参数。该文以在建的世界最高输电塔为研究对象,建立385m高、500kV大跨越输电塔的单塔和塔线耦合模型,通过模态分析计算单塔和塔线体系的动力特性。按照结构随机振动理论,推导了种典型风速谱下跨越塔共振响应分量的数学表达式,采用频域方法分析了风速谱类型、结构阻尼比、峰值因子、湍流积分尺度和脉动折减系数对跨越塔风振系数的影响规律。以Davenport风谱为目标谱,通过非线性时程分析计算跨越塔单塔和塔线体系的风振响应,基于有限元计算结果确定跨越塔各风压分段的风振系数和风振系数整塔加权值。将按照频域方法和时域方法得到的风振系数计算值与现行规范值进行对比分析,提出跨越塔风振系数计算方法和取值建议。     

高压输电塔线体系抗风设计风洞试验研究

为研究高压输电塔线体系的合理化抗风设计,进行了气动弹性模型风洞试验。模型分设置附加横隔的塔线体系和按现行规范设计的无附加横隔的塔线体系,测定了在紊流风场中的风振响应。在风洞试验中观测到了输电塔架的风致破坏,破坏特征与实际线路中输电塔架的破坏相似。试验结果表明,输电塔线体系的风致振动具有较强的空间耦合非线性振动特点,导地线与绝缘子的振动对输电塔的影响不容忽视;输电塔结构的风振计算中应考虑多阶振型的影响,随风速增加,高阶振型的贡献增大;输电塔结构的风致破坏具有动力失稳的特征,设置附加横隔面可提高结构的抗风能力。     

基于高频天平测力试验的特高压输电塔等效风荷载研究

以建设中的向家坝—上海、锦屏—苏南±800 kV特高压直流输电线路工程为背景,针对输电塔风致响应复杂的特点进行高频天平测力试验。利用高频动态测力天平基本原理,考虑输电塔截面收缩的影响,给出输电塔气动模型的模态修正系数;并对输电塔等效风荷载进行研究,分别计算了输电塔的背景响应和共振响应。计算结果表明,基于高频天平测力试验的修正振型法能较好地计算输电塔结构的风振响应及等效风荷载,是对高频天平测力试验局限性的一种可靠方便的扩展。     

杆塔基础沉降对输电塔线体系风振响应的影响研究

输电塔是高柔度的风敏感结构，若输电塔地基不均匀沉降后再遭遇台风侵袭将对输电塔安全性造成严重危害。为评估地基沉降对输电塔抗风能力的影响，建立了输电塔线体系耦合有限元模型，对比分析了台风作用下不同地基倾斜角度下输电塔线体系风振响应、风振系数和主材应力变化规律。研究表明：相同的倾斜角度下，横线向倾斜较顺线向倾斜风振响应均方根值增加明显，最大增幅为40%；地基沉降所导致的结构倾斜，会导致风振系数超过规范值，最不利情况会导致风振系数超过规范值9.6%；压应力变化规律与风振系数变化规律一致，倾斜5°工况下压应力增加最大，较未倾斜时塔腿压应力增加了16.1%。研究成果对台风多发地区输电塔抗风评估及安全运行具有重要的参考价值。     

不同风向条件下输电塔风致响应数值模拟

以温州某输电线路为研究对象,根据实际参数分别建立了输电塔与塔线耦合体系有限元模型,研究了不同风向作用下结构风致响应特征,对比分析了塔线耦合作用和塔体两侧档距对各风向作用下输电塔风致响应的影响。结果表明:风向影响塔体各主材轴力响应,其中顺风向最下游主材有着最大的轴力,应在设计时重点考虑;塔线耦合作用直接影响了塔体响应的最不利风向,且大档距使得最不利风向更加接近横线向;脉动风对塔体响应的动力放大效应在不同风向条件下有显著区别,而塔线耦合作用加大了风向对风振放大效应的影响;导线抑制了塔体响应的动力响应,并且导线档距越大,脉动风对响应的动力放大效应越弱。     

输电线路风荷载耦联机制的气弹性风洞试验研究

强风作用下输电线路的风致破坏时有发生.塔–线耦联体系的风振响应已成为输电线路风致灾变研究的关键问题.该文通过输电塔–线体系完全气弹模型风洞试验,开展了输电线路风荷载耦联机制的研究,从响应的统计特性、功率谱分布以及风振系数等方面出发,对比分析了单塔及塔–线体系在不同风向角和风速下的风振响应的变化规律.试验结果表明:塔–线...     

“D”型截面复合材料塔头输电塔结构特性研究

输电塔主材改用复合材料,可有效减少输电线路占地,并减少电气间距达到压缩走廊的目的。复合材料区别于角钢,可以使用 “D”字型截面,提高了截面惯性抵抗矩。对各规格复合材料构件的截面进行了有限元分析,计算得到了截面特性参数。以某110 kV塔头复合材料塔为工程背景,建立了有限元模型,获得了其自振特性并与传统角钢塔做了对比,分析了参数不同的原因。使用基于时域法的风振系数计算,对位移均方根值、位移平均值、加速度均方根值的分布特点进行了研究,计算了各高度处的风振系数,并将结果与我国规范的取值进行了对比,结果可作为复合塔抗风设计的参考。     

Analysis of Natural Draft Cooling Tower Aerodynamics Calculation Method

Different aerodynamics calculation methods for three designed cooling towers are compared. Verifications are made by using the field test data of the three operating cooling towers. It is proposed that the wind effects on water temperature after cooled by tower shall be considered in the cooling tower design; the Hamon calculation method is one of the feasible method; the method of adding the resistance coefficients of various parts of cooling tower should not be used.     

大跨越输电塔动力特性

大跨越输电塔-线体系是一种复杂的空间塔线耦联体系,体系动力特性计算中由于导、地线的振型密集,输电塔的振型难以辨清。在对大跨越输电塔-线体系的动力特性研究中,采用白噪声激励体系,得到输电塔耦合了导、地线的响应;利用振动模态识别技术,可得到输电塔耦合了导、地线的低阶模态。以多条输电线路工程中不同类型、不同高度输电塔为原型,建立空间有限元模型,利用振动模态识别技术提取出大跨越输电塔-线体系中塔架结构的第1 自振周期及其振型,得到适用于大跨越酒杯塔和大跨越干字型塔的第1 周期近似计算公式。对工程实例的仿真分析表明,该公式能比较准确地反映大跨越输电塔-线体系的动力特性,值得推广应用。     

冷却塔排烟风洞模拟

将烟囱放入冷却塔内（烟塔合一）的电厂逐渐增多,因此有必要对其进行风洞模拟,以更好掌握塔内流场及相关情况。按照相似理论,给出了塔内烟气扩散过程主要关系式;通过风洞实验,模拟了烟塔合一塔内流场和烟气浓度,研究了不同环境风速下百叶窗全开、上下游百叶窗分别关闭对塔内流场的影响,给出了塔内烟气流场的形态及烟气中心漂移方向及漂移量,指出塔壁附近烟气浓度比烟道壁附近浓度低许多;研究了穿透风的发生条件和范围,模拟了一些抑制穿透风措施的效果;将北方某电厂流场实测结果与类似电厂风洞模拟结果进行简单比较,所得结果非常接近。研究结果表明,所给出的烟气在塔内扩散公式近似成立。     

换流站避雷线塔风振系数计算

采用3种不同的设计规范,对换流站4种不同形式避雷塔架进行风振系数计算;通过分析比较,得出避雷线塔风振系数的计算方法和取值标准,为今后工程设计和规程规范提供依据。     

1 000 kV双回路特高压输电塔顺风向等效静风荷载研究

基于高频动态天平测力试验,研究了1 000 kV双回路特高压输电塔的等效静力风荷载。基于准定常理论和不同高度的脉动风荷载无量纲自功率谱相等的假设,得到了塔身不同高度处的风荷载自谱和互谱。分别计算了输电塔风偏角为0°和90°时的等效背景风荷载、等效共振风荷载和总等效静风荷载,给出了不同高度处的阵风效应因子,可为特高压输电塔的风荷载计算提供依据。     

500kV新崖门大跨越输电塔结构设计

介绍了500 kV 新崖门大跨越输电塔的工程概况。给出了大跨越输电塔静力计算的设计原则,比较了大跨越输电塔有电梯井筒与无电梯井筒时的动力特性,分析了新崖门大跨越与原崖门大跨越之间的刚度差异,计算了大跨越输电塔的风振系数。给出了大跨越输电塔的节点构造、地脚螺栓、休息平台以及走道等细部设计。大跨越输电塔的设计方法可以作为同类大跨越输电塔的设计参考。     

新旧荷载规范对输电塔风振的影响

为分析新荷载规范关于风荷载方面的修订对输电塔结构风振的影响,采用线性滤波法并考虑空间相关性对某一特高压输电塔的风速时程进行数值模拟.采用有限元法分析输电塔的动力特性,对比了由于新荷载规范湍流度的提高对输电塔结构位移响应和加速度响应的影响.根据模拟结果按定义式计算结构的风振系数,并同新旧荷载规范中的风振系数计算表达式计算的结果进行对比.结果表明,由于新荷载规范对10 m高度名义湍流度和峰值因子有较大提高,而钢结构的阻尼比不变,在新规范规定下结构的风振响应增大20％左右,而风振系数在各高度处均有不同程度的提高.     

特高压输电线路钢管塔微风振动的防治

输电线路钢管塔的微风振动, 是其部分圆截面构件在较低风速时发生的由卡门涡街引起的横风向运动。1 000 kV 特高压同塔双回线路杆塔采用钢管塔方案, 其微风振动问题不可忽视, 有必要制定切实可行的防治措施。从杆塔结构设计角度, 可采取合理确定微风振动起振临界风速、改变构件圆截面形状等预防措施; 对运行线路钢管塔, 可采取附加扰流装置、缩小构件长细比、增加构件阻尼等治理措施。     

大型自然通风排烟冷却塔塔型优化设计

在现有的规范规定条件下,本文以某1000MW火电机组为研究目标,开展湿式排烟冷却塔塔型优化工作。以塔高与塔底直径之比RAUZ、喉部直径与塔底直径之比RAUC、进风口高度塔底直径之比RAUL和填料高度RAUE作为塔型的主要变化参数,采用供水系统优化程序对湿式冷却塔进行选型分析。结果表明采用供水系统优化计算结合冷却塔塔型本体优化的选型方式,得到的冷却塔选型方案比较合理,满足工程实际需要,节约工程投资。