风切变对风机塔架的载荷和结构分析的影响

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1、风切变对风机塔架的载荷和结构分析的影响徐苾璇吕超（济南轨道交通装备有限责任公司，250022）摘要：使用Bladed3.81软件对某型风力发电机组进行载荷计算，结合理论计算，分析风切变对塔筒载荷的影响；使用ANSYS12.1软件对其塔架建模，针对塔架门洞部位使用不同截面载荷进行静强度分析，研究风切变对塔架应力的影响。计算结果表明，风切变的作用在塔底载荷Mxy和Fxy中所占比例分别达到20.60％和32.17％；使用塔顶载荷与使用15.695m处截面载荷计算得到的门框最大应力分别为217.82MPa和275.

2、94MPa，结果相差58.12MPa。风切变对塔筒的载荷和结构分析的影响是不可忽视的。关键词：塔筒；风切变；载荷；有限元分析中图分类号：TK83————————————————————————————————————————————————作者简介：徐苾璇（通信作者），1983年出生，清华大学硕士研究生，主要研究方向为风机整机设计。E-mail:87466922@qq.com吕超，1984年出生，浙江大学硕士研究生，主要研究方向为风机整机设计。E-mail:lvchao1984@yahoo.com.cn0引

3、言随着我国风力发电的迅速发展，风力发电机组正朝着大型化方向发展。而塔架设计是风力发电机组整机设计中极其重要的一部分。塔架是支撑机舱及风力发电机零部件的结构，承受来自风机各部件的所有载荷，它不仅要有一定的高度，使风机处于较为理想的位置上运转，而且还应有足够的强度和刚度，以保证在极端风况条件下，不会使风机倾倒。以往用有限元软件进行塔架分析的时候，只采用塔顶载荷作为施加载荷，而没有考虑到塔筒自身受到的风切变的作用。本文在考虑风切变对塔筒自身作用的情况下，采用Bladed3.81软件对某型风力发电机组进行载荷计算，

4、以塔顶载荷为基础，通过理论计算分析风切变对塔筒不同截面处载荷的影响；并采用ANSYS12.1软件对其塔架建模，针对塔架门洞部位采用不同截面载荷进行静强度分析，研究风切变对塔架应力的影响，从而确定适合分析塔筒门洞部位的截面载荷。1塔架模型及计算参数目前常见的塔架有圆筒式、桁架式、混凝土式等几种型式，现代大型风力发电机组通常采用圆筒式塔架。本文以北车风电1.5MW风力发电机组塔架为研究对象，该塔架结构为壁厚渐变空心圆柱体，长度为77.096m，基础部位高0.5m，重心位置高24.5m，底部外径4.2m，顶部外径

5、2.8m，最大壁厚40mm，最小壁厚12mm，总重167吨。塔架整体由四段塔筒用法兰盘连接而成，其长度由高至低分别为28.218m、23.668m、15.075m、10.135m。塔架所用材料为S355JR，材料特性为屈服强度σs＝345MPa，弹性模量E＝206GPa，泊松比μ＝0.3，密度＝7850kg/m3。塔架坐标系如图1所示。图1塔架坐标系Fig.2Towercoordinatesystem2Bladed载荷计算使用Bladed软件对风机进行计算，输出某一固定时刻idling6.2b-2-150工

6、况下塔筒不同截面上的载荷，载荷表如表1所示。idling6.2b-2-150工况定义为风速为50m/s（外加3s70m/s阵风）、偏航制动、偏航误差150º、叶片顺桨、风轮空转、安全系数1.1。表1中的截面高度定义为截面与地面的距离，基础的高度为0.5m，塔顶高度为77.596m，其中49.378m、25.71m、10.635m为法兰连接处的高度，3.095m为塔筒门洞的中心高度。————————————————————————————————————————————————作者简介：徐苾璇（通信作者），1

7、983年出生，清华大学硕士研究生，主要研究方向为风机整机设计。E-mail:87466922@qq.com吕超，1984年出生，浙江大学硕士研究生，主要研究方向为风机整机设计。E-mail:lvchao1984@yahoo.com.cn————————————————————————————————————————————————作者简介：徐苾璇（通信作者），1983年出生，清华大学硕士研究生，主要研究方向为风机整机设计。E-mail:87466922@qq.com吕超，1984年出生，浙江大学硕士研究生，

8、主要研究方向为风机整机设计。E-mail:lvchao1984@yahoo.com.cn表1idling6.2b-2-150塔筒载荷Table1Towerloadonidling6.2b-2-150————————————————————————————————————————————————作者简介：徐苾璇（通信作者），1983年出生，清华大学硕士研究生，主要研究方向为风机整机设计。E-mail:8746692