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大型风力发电机组钢塔架澳门银河娱乐平台

发布于:2019-04-27 20:49
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      风力发电机是将风能转换为电能的动力机械,利用的是自然能源。风力发电广泛应用于乡村供电、野外住宅或企业、街道照明、电信基站、监控站、离崖平台供电等。风力发电机组的研究,涉及到空气动力学、计算机自动控制、土木工程,以及机械设计、制造等多个学科领域。塔架是风力发电机组的重要构件,除塔筒外还有平台、爬梯、门洞、法兰等附属设备。为了便于对塔架进行澳门银河娱乐平台,需要将塔架结构进行适当的简化,忽略其附属设备的影响,在保证满足工程精度的前提下减少计算量。
本文首先运用有限元软件ANSYS对塔架建立有限元模型,并在三种工况下对塔架模型的受力进行非线性静澳门银河国际娱乐,得到了影响塔架结构计算的重要因素。
      风力发电机组塔架的实际结构形式多为锥筒式钢塔架,塔架高为67.8 m,顶部外径为26m,底部外径为3.8 m,钢筒厚度为22 mm。考虑模型的非线性,有限元模型采用三维实体模型。为了简化计算,可将塔架视为悬臂梁,如图所示。图中外部荷载施加在塔架顶部,距离基础的高度为H。塔架材料为Q235钢,其材料的弹性模量E为206x e3MPa,泊松比为0.3,材料密度P为7.85xe3kg/m3。塔架坐标系建立在塔架与机舱连接面处,用来描述塔架所承受的作用力。塔架主要承受空气的气动推力,叶轮质量不平衡而引起的偏转力,垂直力和转矩、风速分布不均匀而引起的俯仰力矩、重力引起的弯矩。塔架的受力分析见图。
      静澳门银河国际娱乐时将荷载简化为静载,施加在塔架顶部中心,如图所示。由于塔架模型顶部平面中心没有节点,施加的荷载无法传递到锥形筒,需建立等效的荷载传递方式。塔架顶部中心荷载见表。由于风力发电机塔架与基础固连,在进行静澳门银河国际娱乐时,可以对塔底施加全约束,即约束塔底所有节点的全部自由度。塔架采用shell181单元进行非线性有限元模拟,图为塔架网格划分后的模型,钢材的应力一应变关系曲线按理想弹塑性模型选取。为了将荷载等效地施加到塔顶中心,本文的具体做法是:使用MPC184单元,在构件中心部位建立一个节点,与其他受力节点分别形成多根刚性梁连接,从而形成刚性面。最后直接将荷载加到中心节点上,通过刚性梁来传递荷载,详见图。ANSYS非线性澳门银河娱乐平台结果显示,在工况1、工况2、工况3作用下,塔架最大应力都发生在塔底处,分别为23.313 MPa,33.608 MPa,15.703 MPa,沿高度方向各水平截面最大应力由下至上逐渐减小。塔架在各种工况下的等效应力云图见图。钢塔架在各种工况下的位移见表。塔架在三种工况下,沿高度方向位移随着高度的增加而增大,最大位移发生在塔架顶部,在工况1、工况2、工况3的荷载作用下,塔架最大位移分别为61.183 mm、81.538 mm、35.255 mm。
      (1)分析计算结果表明,在三种工况下塔架的危险截面均为塔筒底部,因此在进行风力发电机塔架设计时,应以塔筒底部最大应力作为塔架强度计算的依据。(2)计算结果表明,在各种工况下,塔架最大位移均出现在塔筒顶端,因此应将塔筒顶端的位移作为塔架刚度计算的依据。(3)在三种工况中,切出风速工况对塔架的应力与位移的影响最大,因此设计时要重点考虑切出风速工况下的荷载对塔筒结构的影响。(4)工况2的水平荷载Fx较工况1和工况3要大得多,因此,作用在塔架顶部,与塔筒轴线垂直,水平方向的风荷载Fx是影响锥筒钢塔架强度的主要因素。


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