風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架風(fēng)致疲勞損傷的TLD控制技術(shù).pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì)以來，能源問題受到世界各國的重視，風(fēng)能作為一種清潔無污染的可再生能源被廣泛利用。于是，風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要組成部分的塔架而言，風(fēng)、海浪和地震等荷載引起的結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重影響了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行。每年由于塔架結(jié)構(gòu)破壞乃至倒塌引起的事故時(shí)有發(fā)生，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。
　　本文以某5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)為背景，圍繞塔架風(fēng)致疲勞損傷與減振控制，從風(fēng)電塔架疲勞壽命評(píng)估方法、環(huán)形TLD力學(xué)模型與動(dòng)力試驗(yàn)、基于疲勞損傷

2、的風(fēng)振控制分析三個(gè)方面，系統(tǒng)地開展數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究，本文所完成工作如下:
　　(1)建立了風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架多尺度有限元模型，基于諧波疊加法模擬了風(fēng)速為2m/s-14m/s、風(fēng)向0°-135°共35個(gè)風(fēng)荷載工況，并開展了風(fēng)荷載作用下風(fēng)電塔架多尺度有限元的動(dòng)力時(shí)程分析。引入國際焊縫學(xué)會(huì)(IW)所推薦的FAT100曲線和《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017-2003)中的S-N曲線，基于雨流計(jì)數(shù)法和P-miner線性累積損傷法則，分別利用

3、熱點(diǎn)應(yīng)力法和名義應(yīng)力法進(jìn)行疲勞壽命評(píng)估，結(jié)果表明:基于熱點(diǎn)應(yīng)力法得到的疲勞壽命為17.61年，無法達(dá)到20年設(shè)計(jì)使用年限，基于名義應(yīng)力法得到的疲勞壽命達(dá)到了91.3年。
　　(2)針對(duì)風(fēng)電塔架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用環(huán)形TLD進(jìn)行減振控制。開展了環(huán)形TLD振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，對(duì)比分析了不同阻尼鋼片時(shí)環(huán)形TLD振動(dòng)特性。研究表明:水箱晃動(dòng)的1階頻率隨水深比的增大而增;當(dāng)水面高度固定不變時(shí)，阻尼比隨水面晃動(dòng)的幅度增大而增大、隨薄鋼片厚度增大而增大、隨開

4、洞率減小而增大、隨個(gè)數(shù)的增多而增大;最后擬合了薄鋼片厚度、個(gè)數(shù)、開洞率為變量的阻尼比計(jì)算公式。
　　(3)開展了風(fēng)電塔架環(huán)形TLD減振分析，基于等代單元法進(jìn)行了風(fēng)電塔架環(huán)形TLD減振的動(dòng)力時(shí)程分析。結(jié)果表明:安裝了TLD減振裝置后，最大位移的減振率為11.9％，最大加速度的減振率為14.9％;塔筒基于熱點(diǎn)應(yīng)力法的疲勞壽命延長比為1.46，基于名義應(yīng)力法的疲勞壽命壽延長比為1.49，安裝減振裝置后塔筒的預(yù)估疲勞壽命均大于20年的設(shè)計(jì)