風(fēng)力發(fā)電塔疲勞損傷的減振控制關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用.pdf

1、風(fēng)力發(fā)電是目前可再生能源利用較成熟的技術(shù)之一，我國風(fēng)能資源豐富，自2010年起風(fēng)電裝機(jī)容量已位居世界首位，并計(jì)劃2020年實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量200GW。由于風(fēng)機(jī)其工作環(huán)境相對(duì)惡劣，故發(fā)生在塔架連接段焊接接頭處的疲勞斷裂、塔架上的聯(lián)結(jié)螺栓疲勞松動(dòng)、塔架失穩(wěn)倒塌等屢見不鮮，每年都導(dǎo)致了巨大的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，制約著人們對(duì)風(fēng)能的開發(fā)利用，風(fēng)力發(fā)電塔架作為風(fēng)電機(jī)組的支撐，一旦損壞會(huì)威脅整個(gè)風(fēng)機(jī)、葉片等相關(guān)設(shè)備的安全。
　　本文基于FLUEN

2、T（計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件，CFD）對(duì)某個(gè)1.5WM風(fēng)力機(jī)組項(xiàng)目，開展風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)荷載的數(shù)值模擬研究，進(jìn)而用模擬得到的風(fēng)荷載添加到風(fēng)電發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)有限元分析之中，通過ANSYS時(shí)程計(jì)算，用雨流計(jì)數(shù)法統(tǒng)計(jì)風(fēng)電塔焊接處疲勞最危險(xiǎn)點(diǎn)的損傷參量。最后使用調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（TMD）對(duì)風(fēng)電塔進(jìn)行減振研究，延長風(fēng)電塔的疲勞壽命。主要的研究工作如下:
　　1、基于S-A、K-Epsilon兩種湍流模型對(duì)NRELPhaseⅥ風(fēng)力機(jī)進(jìn)行氣動(dòng)力數(shù)值模擬，

3、計(jì)算了風(fēng)速7m/s～25.1m/s共五個(gè)工況。風(fēng)速7m/s與25.1m/s工況下，兩種湍流模型計(jì)算得到的軸扭矩與實(shí)驗(yàn)誤差不到10％;風(fēng)速10m/s、13.0m/s與15.1m/s工況下，軸扭矩與實(shí)驗(yàn)誤差不到20％。
　　2、基于具體風(fēng)電塔項(xiàng)目建立結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)有限元模型，根據(jù)GL2010認(rèn)證規(guī)范，在瞬態(tài)分析中各段塔筒連接處滿足極限強(qiáng)度要求。采用FAT112作為S-N曲線，利用雨流計(jì)數(shù)法提取臨界損傷面上的應(yīng)力循環(huán)，依據(jù)Miner線性損傷

4、累積理論，得到塔筒的疲勞危險(xiǎn)點(diǎn)處于第二段焊接節(jié)點(diǎn)處，塔筒疲勞壽命為18.14年，無法達(dá)到20～25年的使用壽命。
　　3、利用ANSYS對(duì)不同頻率比、質(zhì)量比、阻尼比的TMD減振系統(tǒng)進(jìn)行研究。使用不同減振評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，減振設(shè)計(jì)參數(shù)的最優(yōu)值有所不同。固定質(zhì)量比為0.05，以位移、加速度分別為減振評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，頻率比最優(yōu)值分別為0.80、0.95，阻尼比最優(yōu)值分別為0.12、0.09;此參數(shù)下的位移減振率、加速度減振率為32.92％、29.

5、34％，對(duì)結(jié)構(gòu)最大響應(yīng)的減振效果比較明顯。
　　4、TMD減振系統(tǒng)的減振對(duì)于塔筒疲勞壽命的延長有很大幫助，這歸功于減振系統(tǒng)的工作能減小塔筒單元的應(yīng)力幅值。在固定質(zhì)量比為0.05時(shí)的最優(yōu)延壽效果的減振參數(shù)下，塔筒的疲勞壽命為273.79年，壽命延長比15.09;這說明減振系統(tǒng)能使塔筒的疲勞壽命遠(yuǎn)大于20～25年的工作年限。TMD減振系統(tǒng)的質(zhì)量比對(duì)減振效果影響較大，成正相關(guān)。如只需使塔筒的疲勞壽命大于20～25年，質(zhì)量比為0.01即可