風力發(fā)電機塔架風致疲勞損傷的TLD控制技術.pdf

1、進入21世紀以來，能源問題受到世界各國的重視，風能作為一種清潔無污染的可再生能源被廣泛利用。于是，風力發(fā)電機應運而生，對于風力發(fā)電機的主要組成部分的塔架而言，風、海浪和地震等荷載引起的結構破壞嚴重影響了風力發(fā)電機的正常運行。每年由于塔架結構破壞乃至倒塌引起的事故時有發(fā)生，造成了嚴重的經濟損失。
　　本文以某5MW風力發(fā)電機為背景，圍繞塔架風致疲勞損傷與減振控制，從風電塔架疲勞壽命評估方法、環(huán)形TLD力學模型與動力試驗、基于疲勞損傷

2、的風振控制分析三個方面，系統(tǒng)地開展數(shù)值模擬與試驗研究，本文所完成工作如下:
　　(1)建立了風力發(fā)電機塔架多尺度有限元模型，基于諧波疊加法模擬了風速為2m/s-14m/s、風向0°-135°共35個風荷載工況，并開展了風荷載作用下風電塔架多尺度有限元的動力時程分析。引入國際焊縫學會(IW)所推薦的FAT100曲線和《鋼結構設計規(guī)范》(GB50017-2003)中的S-N曲線，基于雨流計數(shù)法和P-miner線性累積損傷法則，分別利用

3、熱點應力法和名義應力法進行疲勞壽命評估，結果表明:基于熱點應力法得到的疲勞壽命為17.61年，無法達到20年設計使用年限，基于名義應力法得到的疲勞壽命達到了91.3年。
　　(2)針對風電塔架結構特點，利用環(huán)形TLD進行減振控制。開展了環(huán)形TLD振動臺試驗，對比分析了不同阻尼鋼片時環(huán)形TLD振動特性。研究表明:水箱晃動的1階頻率隨水深比的增大而增;當水面高度固定不變時，阻尼比隨水面晃動的幅度增大而增大、隨薄鋼片厚度增大而增大、隨開

4、洞率減小而增大、隨個數(shù)的增多而增大;最后擬合了薄鋼片厚度、個數(shù)、開洞率為變量的阻尼比計算公式。
　　(3)開展了風電塔架環(huán)形TLD減振分析，基于等代單元法進行了風電塔架環(huán)形TLD減振的動力時程分析。結果表明: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％;塔筒基于熱點應力法的疲勞壽命延長比為1.46，基于名義應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估疲勞壽命均大于20年的設計