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1、第二编!风力发电机组的设计检测与制造技术#######################################第十章!风力发电机组的塔架与基础第一节!塔!!架塔架和基础是风力发电机组的主要承载部件。其重要性随着风力发电机组的容量增加，高度增加，愈来愈明显。在风力发电机组中塔架的重量占风力发电机组总重的"#$左右，其成本占风力发电机组制造成本的"%&左右，由此可见塔架在风力发电机组设计与制造中的重要性。由于近年来风力发电机组容量已达到$’()*，风轮直径达+,’",,-，塔架高度达",,-。在德国，风力发电机组塔架设计必须经过建筑部门的批准和安全证明。一、塔架的结构与
2、类型塔架主要分为桁架型和圆筒型。桁架型塔架如图",."示。桁架型塔架在早期风力发电机组中大量使用，其主要优点为制造简单、成本低、运输方便，但其主要缺点为不美观，通向塔顶的上下梯子不好安排，上下时安全性差。圆筒型塔架如图",.$示。在当前风力发电机组中大量采用，其优点是美观大方，上下塔架安全可靠。以结构材料可分为钢结构塔架和钢筋混凝土塔架。钢筋混凝土塔架在早期风力发电机组中大量被应用，如我国福建平潭%%/*风力发电机组（"0+,年）、丹麦1234$)*风力发电机组（"0+,年），后来由于风力发电机组大批量生产，从批量生产的需要而被钢结构塔架所取代。近年随着风力发电机组容量的增
3、加，塔架的体积增大，使得塔架运输出现困难，又有以钢筋混凝土塔架取代钢结构塔架的苗头。图",."!桁架型塔架·(5+·第二编%风力发电机组的设计检测与制造技术#######################################图!"#$%圆筒型塔架二、塔架的设计与计算塔架的主要功能是支承风力发电机的机械部件，发电系统（重力负载），承受风轮的作用力和风作用在塔架上的力（弯矩、推力及对塔架的扭力），塔架还必须具有足够的疲劳强度，能承受风轮引起的振动载荷，包括起动和停机的周期性影响、突风变化、塔影效应等。塔架的刚度要适度，其自振频率（弯曲及扭转）要避开运行频率（风轮旋转频
4、率的&倍）的整数倍。塔架自振频率高于运行频率的塔称之为刚塔，低于运行频率的塔称之为柔塔。!’塔架静强度的载荷条件!）横吹：风速为()*+（,$,平均）风轮不转动，叶片顺桨，风向是横向吹在机舱上。$）正常运行十地震载负：风速为额定风速时，产生的风轮轴向力最大，同时根据均匀建筑物由地震产生的水平载荷因子，将其产生的惯性力加在风轮轴向推力上。&）最大运行载荷：额定风速下正常运行载荷的$倍。$’塔架风载分析及随机振动理论基础从实际风速记录可知，风速的变化是没有规律·&(-·第二编G风力发电机组的设计检测与制造技术###################################
5、####的，也不可能用常规的方法给予定义。风速的波动量只能用统计特性进行描述。!）风速的波动及突风分析风速振动"（#）被定义为瞬时风速$（#）与准稳态平均风速$,的偏差，由下式表示："（#）%$（#）&$,（!’&!）(风速的变化率由偏差!"描述：!’"#$(((!(!"%"%*（$（#）&$,）*#（!’&(）)!’%#$(风速的阵风度由风速振动密度计算，它定义为!"+"%（!’&,）$,平均最大突风$-取决于平均风速$,’根据风速资料的分析及理论研究，可得到：$-（.）%$,（.）/0+（".）（!’&1）0取决开测量用风速仪及突风时距，它与表面粗糙度.’和高度无关。$
6、-（.）%"（2）%!/0+（".）（!’&3）$-（.）上式中，"是安全检查风比，$,（.）为一小时平均风速。对于突风时距为,4，0%,56，则"（,.）%!/,56+（".）（!’&7）$-（.）$-（,.）%!578%!53$,（.）!5’7这就是说，突风时距为,4的突风风速是时距为一小时的平均风速的!53倍。(）极值风速在长期的气象观察中发现，极大风速不是经常出现的，间隔一定的时期才出现。这个间隔期称为重现期)。重现期在概率意义上体现了结构的安全度。9（:$,）%!&9（($-）%!;)（!’&6）上式中户（($-）称为小于极值$-的保证率。如重现期)%3’年，则3
7、’年内不出现$-的保证率9（($-）为9（($-）%!&!;)%’5<=文献对高斯曲线，皮尔逊#型曲线和极值分布曲线进行了详细的分析，认为极值风速的概率分布比较符合极值+型曲线。极值+型分布（>"?@AB分布）表达式为C（+D）%ADE｛&ADE［&（FD&$）］｝（!’&=）其中GF与$可以由数学期望HD和标准离差!求出：IIIHD%*D（JD）*D%*D*C（+D）%*D*ADE｛&ADE［&（FD&$）］｝（!’&<）&I&I&I令%%（FD&$）I%HD%*(/$)*ADE［&ADE（&%）］&IFII%*
