风力发电机塔基法兰与柔性地基连接系统力学性能分析

摘要

近几年,风力发电行业得到了长足的发展,在风力发电机技术不断成熟的同时,风机的安全性受到了越来越多的关注。目前风机塔筒间的采用的是L型法兰盘连接,风机塔筒与基础的连接采用的是T型法兰盘连接。在很多风机坍塌的事故中,我们会发现一个很重要的因素就是风机连接处的失效,很多情况甚至是整个法兰盘发生了弯曲变形。基于国内外对风机法兰盘应力方面的研究很少几乎没有,所以本文着重研究了风机法兰与地基连接系统的应力分析,并且给出了计算的公式。通过使用大型商用有限元软件ABAQUS软件对理论计算结果进行了模拟仿真,验证了整个理论计算的正确性,这对风机行业规范的完善将起到一定的积极作用。本文主要研究内容及成果如下:
　　对国内与国外规范有关法兰盘方面的计算进行了分析对比,在计算柔性法兰的强度方面,日本给出的规范更加精确,误差较小;同时分析了在轴力和弯矩共同作用下螺丝群的一些受力的计算、校核的基本公式及螺栓预紧力的计算公式,推导出的螺栓预紧力要比用规范方法计算的结果小23％,同时在力学性能上都能满足要求,可以有效防止垫片被压死,螺栓被拧断。
　　建立起风力发电机塔基法兰与地基连接系统的力学分析模型,推导出塔基法兰与地基连接系统的力学公式,主要包括T型法兰受压侧和受拉侧的应力公式及应该施加螺栓预紧力的公式。通过有限元软件对理论结果进行了计算分析,整个模型中最大应力并没有超过屈服极限,连接安全;灌浆受到的最大应力为36.6MPa,远远低于灌浆的屈服强度,模拟的最大应力值与理论计算的34.65MPa比较,误差在5.628%,证实理论计算是正确的。基于法兰与基础没有发生脱开、高灌浆料强度满足等方面因素满足要求,可得出风机与基础连接系统采用T型法兰是安全的结论。
　　对于L型法兰与地基连接系统,推导出了法兰与地基连接系统的力学公式。法兰与混凝土之间明显发生了明显的脱开,灌浆受到的最大应力远远超过灌浆的屈服强度,灌浆将在受压区域局部压碎,因此灌浆的强度也不满足要求。随着锚杆中施加预紧力的增大,脱开面积逐渐减小,但是锚杆内的应力也随之增加,并且锚杆开始产生屈服,同时也导致了灌浆中压碎的面积也在逐渐增大。基于以上,可以得出风机与基础连接系统不应当采用L型法兰的结论。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的与意义

1.1.1 课题背景

1.1.2 课题研究的目的及意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.2.1 柔性法兰在理论基础方面研究现状

1.2.2 柔性法兰在工程实践方面研究现状

1.2.3 风力发电机混凝土基础的研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 基本理论基础

2.1 引言

2.2 各种设计规范中法兰盘计算方面的对比及分析

2.2.1 我国的设计规范中法兰盘的计算

2.2.2 日本的设计规范中法兰盘的计算

2.2.3 中日两国关于法兰盘计算方面的对比分析

2.3 柔性法兰盘节点计算方法

2.3.1 法兰盘变形对于螺栓的附加弯曲作用

2.3.2 简化的法兰应力计算方法

2.4 关于螺栓受力的理论方法分析

2.4.1 螺栓的校核公式

2.4.2 螺栓轴向力最大值的计算公式

2.4.3 螺栓抗剪力的计算

2.4.4 螺栓轴向最大工作载荷计算方法的确定

2.5 本章小结

第3章 T型法兰盘与地基连接系统力学性能分析

3.1 引言

3.2 风机 T型法兰盘荷载分析

3.2.1 基础静荷载

3.2.2 隔离体荷载

3.3 风机 T型法兰盘理论计算

3.3.1 风机 T型法兰锚件弹簧刚度

3.3.2 风机 T型法兰混凝土弹簧刚度

3.3.3 风机 T型法兰锚件内的预紧力

3.3.4 锚件内的应力

3.3.5 风机 T型法兰在受拉端受到的应力

3.3.6 风机 T型法兰在受压端受到的应力

3.4 风机 T型法兰盘有限元分析

3.4.1 实验对象及图纸

3.4.2 理论计算结果

3.4.3 有限元模拟相关参数说明

3.4.3 模拟结果

3.5 本章小结

第4章 风机L型法兰盘与地基连接系统力学性能分析

4.1 引言

4.2 风机 L型法兰盘理论计算

4.2.1 风机 L型法兰锚件弹簧刚度

4.2.2 风机 L型法兰混凝土弹簧刚度

4.2.3 不考虑弯矩情况下锚件内的预紧力

4.2.4 弯矩对 L型法兰连接的影响

4.2.5 风机 L型法兰连接中锚件的预紧力

4.2.6 风机 L型法兰在受拉端受到的应力

4.2.7 风机 L型法兰在受压端受到的应力

4.3 风机 L型法兰理论计算结果

4.4 风机 L型法兰盘有限元分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢