結(jié)冰對(duì)風(fēng)電機(jī)組載荷的影響研究

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材料密度換算成等效密度，從而將結(jié)冰質(zhì)量平勻施加到塔筒上。

結(jié)冰會(huì)造成部件固有頻率變化，葉片和塔筒固有頻率變更將對(duì)機(jī)組載荷造成很大影響。風(fēng)機(jī)結(jié)冰前后葉片和塔筒相關(guān)頻率變化見表3。

為防止機(jī)組共振，風(fēng)機(jī)塔筒固有頻率要避開風(fēng)輪相應(yīng)轉(zhuǎn)頻，GL2022模范規(guī)定風(fēng)機(jī)塔筒一階彎曲振動(dòng)固有頻率務(wù)必遠(yuǎn)離風(fēng)輪轉(zhuǎn)頻1P和3P達(dá)5%。為保險(xiǎn)起見，好多風(fēng)機(jī)整機(jī)生產(chǎn)廠家往往將5%改為10%。對(duì)于風(fēng)機(jī)共振問題，可以使用Campbell圖舉行分析，以某2.5MW機(jī)型為例，其設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為7.8～14.5r/min，轉(zhuǎn)頻1P和3P分別為0.13和0.39，風(fēng)機(jī)塔筒一階固有頻率為0.302Hz，轉(zhuǎn)頻1P和3P與塔筒一階彎曲振動(dòng)固有頻率的比值分別為0.43和1.29，完全得志避開共振要求。結(jié)冰后塔筒的一階彎曲振動(dòng)頻率變?yōu)?.295Hz，轉(zhuǎn)頻1P和3P與塔筒一階彎曲振動(dòng)固有頻率的比值分別為0.44和1.32，結(jié)冰后，風(fēng)輪轉(zhuǎn)頻1P和3P遠(yuǎn)離了塔筒一階彎曲振動(dòng)固有頻率，防共振設(shè)計(jì)將更加保守。

3機(jī)組結(jié)冰載荷分析

GL標(biāo)準(zhǔn)中葉片、輪轂和塔筒坐標(biāo)系如圖1所示。

從表4至表6可知，葉片結(jié)冰后，葉根極限載荷Mx、My和Mz分別增加2.3%、4.4%、1.6%。合力矩Mxy的最大值展現(xiàn)在DLC1.5極端運(yùn)行陣風(fēng)模型（一年一遇）加斷網(wǎng)工況;旋轉(zhuǎn)輪轂極限載荷Mx、My和Mz分別增加2.3%、4.2%、31.9%。Mz增大明顯，最大值展現(xiàn)在DLC1.1正常湍流模型切出風(fēng)速工況。偏航軸承極限載荷Mx、My和Mz分別增加3.6%、3.5%、29.8%?？梢悦黠@看出，Mz增大明顯，最大值展現(xiàn)在DLC2.2正常湍流模型加變槳故障工況。塔底極限載荷增加尤為明顯，Mx、My和Mz分別增加23.6%、16.6%、29.8%。Mx的最大值展現(xiàn)在DLC6.2極端風(fēng)速加電網(wǎng)故障工況，My和Mz的最大值均展現(xiàn)在DLC1.6極端運(yùn)行陣風(fēng)模型（五十年一遇）工況。

假設(shè)機(jī)組全年結(jié)冰期為一個(gè)月，結(jié)冰前后風(fēng)機(jī)各關(guān)鍵部位等效疲乏載荷見表8。從中可以看出，結(jié)冰后的葉根等效疲乏載荷My（SN=10）增加11.2%;旋轉(zhuǎn)輪轂等效疲乏載荷My（SN=4）和Mz（SN=4）變化甚微;塔底等效疲乏載荷Mx（SN=4）和My（SN=4）分別增加18.3%和9.3%。

4結(jié)論

建立了某2.5MW直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的Bladed模型，計(jì)算分析了葉片、輪轂、機(jī)艙和塔筒結(jié)冰對(duì)風(fēng)電機(jī)組頻率和載荷的影響，結(jié)論如下。

①機(jī)組葉片和塔筒結(jié)冰，葉片和塔筒的固有頻率減小，降低了風(fēng)輪轉(zhuǎn)頻1P和3P與塔筒一階彎曲振動(dòng)固有頻率的比值，風(fēng)機(jī)防共振設(shè)計(jì)更加保守。

②結(jié)冰使葉根極限載荷Mxy增大3.6%，考慮一般機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)變槳軸承安好余量（大于5%），結(jié)冰并不需要加強(qiáng)變槳軸承的極限強(qiáng)度。結(jié)冰對(duì)葉根極限載荷Mz影響較小，可以疏忽，無需重新調(diào)整變槳電機(jī)的驅(qū)動(dòng)扭矩。

③結(jié)冰對(duì)輪轂和偏航軸承Mz影響較大，務(wù)必重新調(diào)整偏航電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩的極限值，防止偏航故障發(fā)生。

④結(jié)冰對(duì)機(jī)組塔底極限載荷Mz影響較大，對(duì)安裝在寒冷地區(qū)的風(fēng)機(jī)，根基扭轉(zhuǎn)剛度和塔底螺栓剪切極限強(qiáng)度設(shè)計(jì)更加保守。

⑤結(jié)冰對(duì)葉根和塔