兆瓦级风力发电机组塔架强度分析

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1、·电气技术与自动化·易权，等·兆瓦级风力发电机组塔架强度分析兆瓦级风力发电机组塔架强度分析易权，尚刚，蔡全(南车株洲电力机车研究所有限公司风电事业部。湖南株洲412001)摘要：塔架的强度分析包括极限强度分析和疲劳强度分析。极限强度分析是指塔架在极限载荷作用下，得出各截面的VonMisses应力，再与材料的许用应力比较判断。对作用在塔架上的疲劳载荷谱，通过通道合并和雨流统计得到各焊址处的等效疲劳载荷，并结合S-N曲线进行疲劳损伤判断。关键词：风力发电机组；塔架；强度；疲劳中图分类号：TK83文献标志码：B文章编号：16712

2、76(2012)01-0178-03StrengthAnalysisforMulti．MWWindTurbineTowerYIQuan，SHANGGang，CAIQuart(CSRZhuzhouElectricLocomotiveResearchInstituteCo．，Ltd．，WindPowerBusinessUnit，Zhuzhou421000，China)Abstract：Towerstrengthanalysiscontainsultimatestrengthanalysisandfatigueanalysis．T

3、hispapercalculatesVonMissesstressundertheultimateloadactingontowersectionandcomparesthis~resswiththeallowedstress．Accordingtotheroleoffatigueinthetower，throughthechannelmergingandweldingsite，italsogetstheequivalentfatigueloadbyrain—flowstatistics，andcombinesS—Ncurv

4、estojudgethef~iguedamage．Keywords：windturbine；tower；strength；f~igue0绪论1塔架基本参数为确保现代兆瓦级风力发电机组设计、制造和运行维本文以某兆瓦级风力发电机组锥形塔架为例，该塔护过程的规范，对其进行相关的认证是重要的一步。通过架塔顶离地面高度为80m，为了方便运输和安装，该塔严格认证的风力发电机组被认为是值得信赖和可靠的，这架总共分为4段，塔段之间采用L型法兰和高强螺栓连不但有助于开拓市场，甚至在某些国家，通过特定的认证是接，每段塔段又由多块不同板厚的钢板焊

5、接而成。几何风力发电机组投产运行的强制法律要求⋯。目前，国际上参数如表1所示(由于篇幅的原因，以下表格仅取了其通用的风电认证规范有IEC614001、德国劳埃德(GL)认证中七节焊接段)，各焊接段直径和壁厚随高度的变化而规范、丹麦的DS472标准和我国的鉴衡认证。变化。塔架是风力发电机组主要的承载部件，塔架承载着风表1塔架焊接段基本参数机传过来所有的载荷。对塔架的分析计算是要确保风机在使用期限内不发生任何失效。目前较为常见的强度失效形式有静强度失效和疲劳强度失效，本文主要是对上述两种强度进行校核计算。塔架的制造过程主要是钢材

6、的焊接过程，塔架中焊缝主要由环焊缝、纵焊缝组成。针对风力发电机组的塔架而言，纵焊缝所受载荷基本与环焊缝相同，只是位置不同，纵焊缝与环焊缝存在交汇点，该交汇点一般可以代表纵焊缝的应力状态，所以只要环形焊缝满足极限强度设计要求，本文选取的坐标系是GL规范中通用的塔顶坐标系纵焊缝自然就满足了要求。通过Eurocode3可以查到环(图1)]。该坐标系不随机舱罩旋转，塔顶坐标系的原点焊缝的疲劳等级DC一般都在90J，而在GB50017可以位于塔架中心轴与塔架顶部上缘的交点处，XK沿风轮轴查到纵焊缝的疲劳等级DC一般在144。可见纵焊缝

7、的疲的水平方向，固定于塔架，ZK沿塔架轴线竖直向上；YK沿劳等级至少要大于环形焊缝的DC，而其应力与环焊缝相水平方向，按右手定则确定；当，设计中一般都不对纵焊缝进行计算。所以本文仅针对塔架筒壁板材一般选用Q345E，材料的屈服强度见环焊缝进行极限强度和疲劳强度计算。表2。作者简介：易权(1983一)，男，广西桂林人，工程师，硕士，主要研究方向为机械设计及计算。·178·http：／／ZZHD．chinajourna1net．cnE-mail：ZZHD@chainajourna1．net．cn《机械制造与自动化》·电气技术与自

8、动化·易权，等·兆瓦级风力发电机组塔架强度分析门的方向为和Y合力的方向。风力发电机塔架载荷总(~MzK共包括以下四类j：1)惯性载荷和重力载荷；2)气动载荷；3)运行载荷；4)其他载荷，如波动载荷、尾流载荷、冲击载荷、冰载荷等。本文计算的极限载荷如表3所示。Mxy根据塔架载荷计算得到某位置