1.25MW风力发电机塔筒与混合式塔架的受力性能对比研究

摘要

塔架是风力发电机组的主要支撑装置,确保其安全可靠尤为重要。目前国际风电市场普遍采用的是锥台型塔筒,然而随着风电机组日趋大型化,以及锥台型塔筒性价比和运输问题的日益突出,研究设计一种新型的塔架结构具有重要的理论意义及工程实用价值。
　　本文以内蒙古辉腾锡勒风电场的S6x-1.25MW锥台型塔筒为研究对象,利用振动测试仪器对其进行了环境脉动实测,结合理论计算以及ANSYS有限元软件对该塔筒的动力特性、强度、刚度和稳定性进行了分析。在此基础上,设计出相同条件的1.25MW混合式风力发电塔架,并借助ANSYS有限元软件对其进行评定。最后对两种型式塔架进行综合对比分析。
　　研究结果表明:环境脉动实测、理论计算和有限元分析得到的塔筒固有频率接近,而且该塔筒可以有效的避免共振。由理论计算与有限元分析得知该塔筒强度、刚度和稳定性均满足相关要求,塔筒的强度承载力1379kN高于其稳定承载力1067kN,说明该塔筒由稳定性控制,锥台型塔筒的稳定性取决于暴风风速工况下的第一阶屈曲临界荷载。对混合式风力发电塔架,塔柱强度与上段塔筒的稳定性是控制其设计的主要因素,当宽高比在1/8~1/9,斜率在8.5~11.5,H1/H2(H1为下段格构式塔架高度,H2为上段塔筒高度)在1.2~1.6时,混合式风力发电塔架的设计较为合理,不仅可以满足塔架的强度、刚度、稳定性和动力特性的要求,而且用钢量较少。混合式风力发电塔架与锥台型塔筒相比,在受力性能、经济性和运输方面具有明显优势,在强度利用率方面可以提高35％,水平刚度可以提高15%,用钢量可以节省35%,但由于施工工序较多,施工周期长,成为其发展受限的主要因素。
　　本文环境脉动实测结果可以作为风力发电塔架结构动力特性分析的参考。两种型式塔架的研究成果,可为大型风力发电塔架的设计提供科学合理的依据。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外风力发电现状

1.3 风力发电机塔架的种类及研究现状

1.4 课题的提出

1.5 主要研究内容

2 塔架现场测试与模态分析

2.1 振动测试

2.2 实测数据分析

2.3 塔架有限元建模

2.4 塔架模态分析

2.5 本章小结

3 锥台型塔筒的受力性能研究

3.1 塔筒原型简介

3.2 塔筒荷载计算

3.3 塔筒强度分析

3.4 塔筒刚度分析

3.5 塔筒稳定性分析

3.6 本章小结

4 混合式塔架的设计与受力性能研究

4.1 混合式塔架设计

4.2 混合式塔架受力分析

4.3 混合式塔架初选模型优化

4.4 混合式塔架最优方案的性能分析

4.5 两种型式塔架综合对比分析

4.6 本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢