風力發(fā)電機組塔架設計

風力發(fā)電機組塔架設計

塔架設計是風電站設計中不可或缺的一部分。隨著風電站容量和高度的增加，其重要性增加。塔架類型一般有鋼制或混凝土制的桁架式或管狀式,以前桁架式塔架用得比較多,但隨著風力發(fā)電機組大批量生產(chǎn),鋼制管狀式塔架逐漸普遍。在風力發(fā)電機組中,塔架的作用主要是支承風輪和機艙到一定高度以利于發(fā)電。它在受到風輪、機艙以及自身重量作用的同時還要受到各種風況下的風載荷作用,因此塔架必須有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性來承受這些力的作用,保證風力發(fā)電機組安全可靠運行。1塔架抗臺風設計在我國的東南沿海地區(qū)風能資源豐富,但每年都有不同程度的臺風頻繁襲擊,對安裝在這些地區(qū)的風力發(fā)電機組造成了很大的破壞。如果風力發(fā)電機組塔架設計的參考風速不能抵抗臺風的襲擊,將會造成巨大的經(jīng)濟損失甚至人員傷亡和電網(wǎng)故障,因此對安裝在這些地區(qū)的風力發(fā)電機組的塔架進行抗臺風設計是非常重要的。這里主要運用BladedforWindows軟件對塔架在參考風速(60m?s首先對塔架的受力和彎矩進行如圖1的定義。圖中X、Y、Z為三維座標系的三個座標軸,圖中字母T代表塔架,F代表所受到的力,M代表彎矩,如M通過對一些氣象資料的統(tǒng)計,一般臺風引起的最大風速≤60m?s對某臺風力發(fā)電機組塔架在60m?s從仿真結(jié)果可以看出,塔底Y方向的彎矩遠遠大于其他方向其他位置的彎矩,因此,塔底與基礎連接處強度要求很高,必須仔細設計。2塔架側(cè)向受風面積以上仿真結(jié)果是在風向為正北方向(即X方向)時得出的,如果風向改變90°或180°情況又會怎樣呢?通過初步分析,可以得出這樣的結(jié)論:當風力發(fā)電機組側(cè)向(即Y方向)的受風面積大于正向的受風面積時,那么這個方向的風所產(chǎn)生的M從仿真結(jié)果可以清楚看出:風向改變90°后塔架所受X方向和Y方向的彎矩值均比正北方向時小;風向改變180°后塔架所受X方向和Y方向的彎矩值幾乎沒有變化,只是方向改變了。通過初步計算,風力發(fā)電機組的側(cè)向受風面積小于X方向受風面積,因此側(cè)向的仿真結(jié)果在數(shù)值上要小于正北方向時的仿真結(jié)果;而正北方向和正南方向時風力發(fā)電機組的受風面積幾乎不變,因此所受的彎矩值沒有變化。這證實了以上對風力發(fā)電機組的不同風向的受力分析是正確的。必須指出,風力發(fā)電機組所設參數(shù)(如翼型、塔高、控制方式等)不同,得出的結(jié)果是不同的。3風輪組織中葉片安裝角的確定根據(jù)這些仿真結(jié)果可以對塔架進行初步的設計。但是塔架的設計是一個比較復雜的過程,需要考慮的因素很多,為了對塔架進行比較準確的設計,本文在仿真中就以下參數(shù)對塔架風載荷的影響進行了分析,結(jié)論如下:(1)葉片安裝角葉片弦線與風輪旋轉(zhuǎn)平面間的夾角。當其他參數(shù)均不變時,隨安裝角的增大,則M(2)風輪錐角葉片相對于和旋轉(zhuǎn)軸垂直的平面的傾斜角。當其他參數(shù)均不變時,隨錐角的增大,則M(3)風輪仰角風輪的旋轉(zhuǎn)軸線和水平面的夾角。當其他參數(shù)均不變時,隨仰角的增大,則M(4)懸距風輪中心到塔架中心線之間的水平距離。當其他參數(shù)均不變時,隨懸距的增大,則My減小而M(5)塔架氣動阻力系數(shù)當其他參數(shù)均不變時,隨氣動阻力系數(shù)的增大,M(6)塔架線密度塔架單位長度的質(zhì)量,也就是塔架的重量。當其他參數(shù)均不變時,改變塔架的線密度,M通過分析,以上參數(shù)對塔架風載荷的影響跟實際情況是吻合的。4風荷載計算方法仿真在塔架設計時,必須特別注意風的定義、塔架底部的受力和彎矩、正向受風面積和側(cè)向受風面積的比較、其他參數(shù)設置等。BladedforWindows軟件功能很多,是風力機設計領域比較權(quán)威的軟件,運用它對塔架進行設計只是其功能之一。本文運