索塔式風機塔架的靜動態(tài)分析.pdf

1、塔架是風力發(fā)電機的主要支撐結構,將風輪抬升到工作高度獲得驅(qū)動發(fā)電機的能量。塔架重達百余噸,隨著風力發(fā)電機功率的不斷提高,塔架的重量也在隨之增加。有關資料顯示,風力發(fā)電機塔架的制造成本至少占總成本的18％。近年來,我國加大了風力發(fā)電的投入,年裝機容量不斷提高,作為風力發(fā)電大國,在保證塔架安全性能的前提下,優(yōu)化塔架結構,降低塔架制造成本,對降低風力發(fā)電成本具有重要意義。
　　本文以國內(nèi)主流1.5MW水平軸風力發(fā)電機傳統(tǒng)圓錐式塔架及在圓

2、錐式塔架設置預應力拉索的索塔式塔架為研究對象,采用大型有限元分析軟件ANSYS對圓錐式塔架及索塔式塔架進行靜力強度及穩(wěn)定性分析,動力特性分析,地震時程分析,并將兩塔架的相關指標進行對比,為索塔式塔架的進一步優(yōu)化提供依據(jù)。
　　1)靜力強度分析與對比。對兩塔架在三種工況下進行靜力分析,得到兩者的應力及位移指標,同一工況下拉索的設置有效的限制了塔架的水平位移,索塔式塔架的最大等效應力小于圓錐式塔架,但同樣由于拉索豎向分力的存在,使塔架

3、基礎的等效應力大于圓錐式塔架基礎。
　　2)屈曲穩(wěn)定性分析與對比。在靜力分析的基礎上對兩塔架進行屈曲穩(wěn)定性分析,得到相應的屈曲模態(tài)及振型,兩塔架的安全系數(shù)均大于1,滿足穩(wěn)定性要求,同一工況下,索塔式塔架的安全系數(shù)大于同階的圓錐式塔架,說明索塔式塔架的穩(wěn)定性得到很大提升。
　　3)動力特性分析與對比。分別對索塔式塔架和圓錐式塔架進行動力特性分析,確定兩塔架的固有頻率及其模態(tài)振型,索塔式塔架的各階固有頻率均大于同階的圓錐式塔架,

4、但兩者均滿足風力發(fā)電機塔架結構對頻率設計的要求。
　　4)地震時程分析與對比。選用兩條經(jīng)典地震波及一條人工合成地震波對兩塔架進行時程分析,確定兩塔架在地震作用下的應力和位移分布,索塔式塔架的頂端最大位移小于圓錐式塔架的頂端最大位移,塔架在地震作用下的位移較在風荷載下的位移小得多。索塔式塔架的最大應力大于圓錐式塔架的最大應力,索塔式塔架的最大應力出現(xiàn)在拉索與塔架的連接處,圓錐式塔架的最大應力出現(xiàn)在塔架頂端,但兩塔架的對大應力均遠小于