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风力发电机组的塔架强度分析

发布于:2016-07-06 20:48
强度分析

      为确保现代兆瓦级风力发电机组设计、制造和运行维护过程的规范,对发电机组进行认证是重要步骤。通过严格认证的风力发电机组被认为是值得信赖和可靠的,这不但有助于开拓市场,甚至在某些国家,通过特定的认证是风力发电机组投产运行的强制法律要求。目前,国际上通用的风电认证规范有IEC 614001、德国劳埃德(GL)认证规范、丹麦的DS 472标准和我国的鉴衡认证。
      塔架是风力发电机组主要的承载部件,塔架承载着风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,本研究主要是对上述两种强度分析计算。
      塔架的制造过程主要是钢材的焊接过程,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,纵焊缝自然就满足了要求。通过Eurocode3可以查到环焊缝的疲劳等级DC一般都在90,而在B 50017可以查到纵焊缝的疲劳等级DC一般在144。可见纵焊缝的疲劳等级至少要大于环形焊缝的DC,而其应力与环焊缝相当,设计中一般都不对纵焊缝进行计算,所以仅针对环焊缝进行极限强度和疲劳强度计算。
      本研究以某兆瓦级风力发电机组锥形塔架为例,该塔架塔顶离地而高度为80 m,为了方便机组的运输和现场安装,该塔架总共分为4段,塔段之间采用L型法兰和高强螺栓连接,每段塔段又由多块不同板厚的钢板焊接而成。发电机组的重要几何参数如表所示(由于篇幅的原因,以下表格仅取了其中七节焊接段),各焊接段直径和壁厚随高度的变化而变化。
      由于塔架所受的极限载荷简单,塔架结构对称,所以塔架可以简化为固支梁,其大部分焊缝的位置和受载状态满足圣维南原理(Saint Venant principle),即集中载荷位置与焊缝位置的距离较远,或者说,不考虑载荷施加方式对整个应力分布的影响。所以可以采用静力等效方法进行应力计算。因此材料力学中的截面应力计算方法均适用于塔架环焊缝。当焊缝连接两种不同壁厚的焊接段时,充分考虑不同截面的应力,只有薄板满足强度要求时,厚板自然就满足了要求,不同壁厚薄板通过校核该焊缝才能够通过校核。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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