兆瓦级风电机组基础环优化设计

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1、·电气与自动化·宋力兵，等·兆瓦级风电机组基础环优化设计兆瓦级风电机组基础环优化设计宋力兵，欧阳华(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：根据风力机组基础的受力特点，分析了风电机组基础环在极端工况和正常工况下基础环的设计要点，建立了工程力学模型和有限元模型；通过计算数据说明了基础环上下法兰应力随着相关参数的变化规律。研究基础环下法兰与基础混凝土的相互作用，为基础环优化设计提出可行性建议。关键词：风力发电机组；工程力学模型；有Fg-元模型；优化设计中图分类号：TH12；TM614文献标志码：B文章编号：16713276(2012)02-0160-04Opti

2、mizationDesignofFoundationInsertforMulti—MWWindTurbineSONGLi—bing，OUYANG—Hua(＼／＼『indPowerBusinessUnit，CSRZhuzhouElectricLocomotiveResea~hInstituteCo．，Ltd．．Zhuzhou412001。China)Abstract：Accordingtothe~undationloadbearingcharacteristicsofwindturbine，thispaperanalyzesthe~undationinse~designpointsunder

3、normalandextremeloadconditions，buildsfiniteelementmodelandengineeringmechanicsmodel，ilustratestheupperandlowerflangesloadbearingvariationwiththeparametersbycalculatingthedata，researchesontheinteractionrelationshipbe-tweenthelowerflangeandtheconcreteandofersfeasibilityrecommendationforfoundationins

4、e~optimumdesign．Keywords：windturbine；engineeringmechanicsmodel；finiteelementmodel；optimumdesign0引言2基础环分析优化风力发电机组具有承受360。方向重复荷载和大偏心受计算用的坐标系为塔底坐标系，坐标系如图2所示。风力的特殊性，对地基基础的稳定性要求较高⋯。风电机组的电机组塔基载荷是通过模拟计算得到的平面的最大弯矩塔筒与基础构成风电机组的支撑结构，将风力发电机支撑于Mxy，基础环法兰焊缝位置处以及椭圆孔位置处的载荷可以60～100In的高空以获得充足、稳定的风力发电J。风电机通过外推法得到，兆瓦级

5、风电机组的塔底载荷表1所示。组塔基下段的基础环是风电机组中的关键部件。它不仅承受风电机组的重力载荷，还承受来自风的动力学荷载，将载荷传递给风电机组基础上。风电机组基础环的强度和疲劳寿命直接影响整个风机组的安全和使用性能，因此必须全面分析风电机组基础环结构特性，进行优化设计。1基础环设计风电机组基础环必须满足制造、安装、运输方便、成本合理的要求，并且性能优越。采用圆柱形钢筒结构，由L型上法兰、筒壁、T型下法兰焊接而成，筒壁有上下两排椭圆孔，用于基础施工穿钢筋。基础环结构如图1所示，对xF：水平方向：于筒壁的拉伸性能分析可以忽略上法兰脖颈高度，材料屈zF：垂直向上：服性能考虑板材的厚度。yF：

6、水平方向，xF、yF：F为顺时针方向旋转图2塔底坐标系图1基础环结构图作者简介：宋力兵(1982一)，男，湖南郑州人，工程师，硕士，主要从事风电机组系统方案设计、风电机组部件设计与校核方面的工作。·160·http：／／ZZHD．chinajourna1．net．cnE—mail：ZZHD@chainajourna1．net．on《机械制造与自动化》·电气与自动化·宋力兵，等·兆瓦级风电机组基础环优化设计2．1上法兰优化设计由于钢质锥筒形塔架的轴对称性，以及所受载荷较为简单的性质，其法兰连接可以采用简单的工程计算方法。根据GL规范，法兰连接极限计算采用Petersen方法J。Peterse

7、n方法只计算最危险螺栓，并把它进行了大胆的力学简化。如图3所示。图3Peterson方法基本假设Petersen方法特点：没有考虑螺栓预紧力作用对变形的影响。螺栓只用弹簧模拟。而且预变形为0。由于弹簧不承受弯矩作用，计算的螺栓没有考虑弯矩的影响。对于螺栓采用大的安全系数，弥补了计算的不精确，与实验数据基本相符；采用扭簧模拟接触面抗弯矩作用，固绞支模拟法兰内侧受拉力是不会发生张口变形；对于法兰的变形，将其假设为梁，并采用两