兆瓦级风电机组抗台风塔架设计初步研究

《兆瓦级风电机组抗台风塔架设计初步研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、机械设计与制造第2期34MachineryDesign&Manufacture2011年2月文章编号：100l一3997(2011)02—0034—02兆瓦级风电机组抗台风塔架设计的初步研究晏红文蔡全田红旗(南车株洲电力机车研究所有限公司风电事业部，株洲412001)(中南大学交通运输工程学院，长沙410075)Pilotstudyonanti—．typhoonoftowerdesignYANHong—wen，CAIQuan，TIANHong-qi(CSRZhuzhouElectricLocomotiveResearchInstit

2、ute．，LtdWindPowerBusinessUnit，Zhuzhou412001，China)(2SchoolofTraffic&TransportationEngineeringofCsu，Changsha410075，China)中图分类号：TH16文献标识码：A．l—H．￡lJ一—舌j—表1塔架载荷数据XT平行于风轮轴，沿风轮轴方向固定塔架是风电机组载荷计算和整机设计的基础，作为风力发ZT垂直向上电机组的主要承载部件，其关键作用是不容忽视的；尤其是在沿YT水平向外，XT、YT和zT符合右手规则海地区，台风频繁发生，风力发

3、电机组设计必需考虑台风的影响。原点在塔架顶部横截面的中心风力发电机组要承受台风的袭击，塔架的抗台风能力关系到整个风力发电机组的安全。本文基于沿海某风电场、依据相关基本理论对其所需抗台风的塔架做出了初步分析。某风电场位于我国沿海地区，境内低岗丘陵较多，风速的季节性变化比较明显。风电场预装轮毂高度处代表年平均风速为6．37rrds，风功率密度为262．2w，Ⅲ250m高度处年平均风速为6．31m／s，风功率密度为211W／m；风电场代表年空气密度为1．168k~m3，年有效风速(3．5～20)m／s小时数为8150h，占全年的93．9％

4、；风电场风机轮毂75m高度50午～遇最大风速和极大风图l塔架坐标系速分别为45．8m／s和63．4m／s。根据国际电工协会IEC61400—13塔筒的模型(2005)标准判定该风电场属I安全等级风电场，在风机的选型需3．1物理模型选择适合I类风电场风况的风力发电机组。塔筒结构为圆锥筒形式，总高70m，为方便运输分三段。塔以某1．5MW风机的机舱、轮毂和待研究的塔架来对抗台风筒壁厚分布从(2045)mm，其中，联结法兰采用L形。塔架的初步研究，以期对塔架的后续详细设计提供有力的帮助。塔筒材料属性：名称Q345，密度：7．85g／era

5、，弹性模量E=2．2塔筒的坐标系e5，泊松比：0-3。屈服强度：345MPa。表征的载荷数据符合如图1所示的塔架坐标系。如图1所3_2有限元模型示，塔架坐标系是GL标准中通用的塔架坐标系。塔架载荷数据，依据初步给定的塔筒截面信息，建立了塔筒的有限元模型，如表1所示。如图2所示。★来稿日期：2010-04—04第2期晏红文等：兆瓦级风电机组抗台风塔架设计的初步研究35表3各工况下的塔筒顶部载荷风速MxMyMxyMzFxFyFxyFz上扰m／skN／mkN，nlkNlkN／mkN／HlkNmk／mkN／mDlc1．3e6026．1313

6、01．0—1413．91921．4141．4323．3—2．8323．3—1204．4Dlc1．3f6025．14603．5—6295．76324．6—745．0—276．595．5292．5—1l55．2Dle6．1a71．73—860．2—349．5928．5一l752．317．3737．9738．1—973．4Dle6．1c43．081483．0—2547．12947．4l181．0—8O．3—697．5702．1—1132．O考虑不同载荷工况材料安全系数后，如表4所示，塔筒壁厚图2塔筒有限元模型设计的厚度是足够的。表4各工况

7、下塔简最大应力值与许用应力比较4塔架的固有频率计算最大应筒壁许用焊缝许用应力安全系数S以塔筒几何信息为基础，建立了塔简的有限元模型，模态分工况力值(MPa)应力(MPa)(MPa，叱；O．8)筒壁焊缝处析结果如下：一阶弯曲频率是：0．490Hz；二阶弯曲频率是：3．523Hz风力机其他涉及频率的参数如下：传动比98．74风轮转速：最小11．3rpm；额定18．2rpm；最大19．4rpm风轮叶片数量：3风轮旋转频率：最小0．1946Hz；额定0．3038Hz；最大0．3246Hz叶片通过频率：一最小0．5838Hz；额定0．9115

8、Hz；最大0．9738Hz(a)工况dle1．3e60(b)工况dle1．3f60频率对比如表2所示。表2频率对比表一(c)工况dle6．1a(d)工况dle6．1e图3塔筒在各种工况下的应力分布示意图5．2．2塔筒门开口分析如图4所