风机塔架水平位移角计算方法与应用.pdf
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1、 年第 期 水电与新能源 第 卷.:././.收稿日期:作者简介:刘正树男高级工程师主要从事能源建设管理工作风机塔架水平位移角计算方法与应用刘正树毛玉娇闫海峰(三峡集团西藏能源投资有限公司四川 成都)摘要:风力发动机塔架顶端水平位移过大易引起振动从而影响运行安全许多学者提出积分计算塔架水平位移公式鉴于此运用动量定理推导了风轮传递的水平推力公式利用叠加原理给出了多阶柱位移公式是避免了复杂积分的风机塔架水平位移角简化计算方法并结合措美哲古风电场风机塔架给出了应用实例关键词:多阶柱风荷载地震作用水平位移角中图分类号:文献标志码:文章编号:()(.):.:近年来我国风电行业蓬勃发展风机直径和单机容量不
2、断提升与之配套的风机塔架也相应朝着高柔高耸化方向发展如采乃风电场风机轮毂高 塔架是风机的重要组成部分属高耸承重结构通常为圆筒形钢结构所受荷载较为复杂其顶端水平位移过大易引起振动从而影响运行安全 根据现行标准高耸结构在以风荷载为主的荷载标准组合及以地震作用为主的荷载标准组合下结构类型为钢结构时其水平位移角(水平位移与塔架总高度比值)按线性分析不得大于/按非线性分析不得大于/风力发电机组塔架/提出塔架设计原则但未给出塔架水平位移角计算公式 许多学者对风机塔架水平位移已广泛研究张燎军提出塔架水平位移:()()()()()()宋曦提出略去集中压力和分布风压引起的位移提出塔架水平位移为:()()()()
3、笔者认为水平位移采用积分计算过于复杂为此简化风荷载和地震作用提出了风机塔架水平位移角简化计算方法结合措美哲古风电场风机塔架给出了应用实例 水平位移角计算方法.概述风机塔架可简化为柱底固定柱顶自由的多阶柱(变截面)属于压弯构件类似悬臂梁所受永久荷载主要是塔架自重、机舱自重、叶轮自重所受可变荷载主要是风荷载所受作用主要是水平地震作用水 电 与 新 能 源 年第 期.荷载计算.风荷载沿柱身产生的线荷载根据高耸结构设计标准.条规定垂直作用于高耸结构表面计算面积上的风荷载标准值应按下式计算:式中:为基本风压为高度 处的风压高度变化系数为风荷载体型系数为风振系数 为简化计算塔架全高范围可用塔顶风荷载标准值
4、.风轮传递的水平向推力)正常工况 根据贝茨理论风轮从风中所能获取的能量占通过风轮扫掠面的全部风能比例最大值为/也即.故若来风额定风速为 则风轮面风速为/风轮面之后风速为/最佳功率时作用在风轮面上的推力可由动量定理来推导 设空气密度为 风轮直径为 风轮面积为 时间 内通过风轮的空气质量为、体积为、风速为 则 ()因此推力为()()暴风工况 目前计算暴风工况时的风轮水平推力有不少公式但计算结果相差很大哪一个公式的计算结果比较符合实际情况至今尚无定论苏联法捷耶夫公式.式中:为桨叶的投影面积 为风轮中心暴风速/为桨叶数丹麦 公式 式中:为风轮单位面积上的平均风压 通常取/为风轮的扫略面积笔者认为暴风工
5、况时可按下式计算 ()式中:为叶轮实心率(无资料时可取.)为最大暴风速度/为风轮的扫略面积)水平地震作用 根据风机塔架特点可简化为单自由度体系分析水平地震作用 水平地震力:式中:为结构等效总重力荷载为水平地震影响系数最大值.水平位移角计算风机塔架通常可简化为三阶柱 五阶柱(即四段塔架 六段塔架)如甘天地塔筒分 段并近似认为各段塔架截面保持不变 根据等截面柱、单阶柱、二阶柱位移计算公式(见表)可同理推出在柱顶水平荷载、沿柱匀布荷载、柱顶弯矩作用下四阶柱柱顶水平位移计算公式(见表)其中 为弹性模量 为惯性矩 为塔架高 为柱顶水平荷载 为沿柱匀布荷载 为柱顶弯矩表 等截面、单阶和二阶柱柱顶水平位移计
6、算公式荷载类别等截面柱单阶柱二阶柱柱顶水平荷载()()沿柱匀布荷载()()柱顶弯矩()()表 四阶柱柱顶水平位移计算公式荷载类别计算公式柱顶水平荷载 ()沿柱匀布荷载 ()柱顶弯矩 ()刘正树等:风机塔架水平位移角计算方法与应用 年 月 可得塔架水平位移计算一般公式为 于是塔架水平位移角计算式为 工程应用实例措美风电场位于西藏山南市措美县哲古镇南部区域风机基础平均海拔介于.之间是目前世界最高海拔风电场.工程条件)气象 措美县属高原温带半干旱季风气候区措美哲古风电场空气稀薄空气密度约./最大风速约 /总体来看下午和夜间以及冬春季的风速、风功率密度大上午以及夏秋季风速、风功率密度相对较小)地质 措
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