风力发电机组塔架仿真和分析.pdfVIP

能源研究与信息 第 22 卷 第 2 期 Energy Research and Information Vol. 22 No. 2 2006 文章编号: 1008-8857 (2006)02-085-04 风力发电机组塔架仿真和分析 许移庆 1, 冀 东 2 (1. 上海电气电站集团 风电部, 上海 200241; 2. 新疆奎屯棉业棉纺织有限责任 公司一分厂, 新疆 833200) 摘 要: 简单介绍了风力发电机组塔架的类型和风力发电机组塔架设计的重要性。分别在某 种参考风速及其风向改变 90°和 180°条件下，运用风力发电机组设计软件 Bladed for Windows 对风力发电机组塔架风载荷进行了仿真分析。最后，结合仿真结果和实际情况分析了叶片安 装角、风轮锥角、风轮仰角、悬距、塔架气动阻力系数和塔架线密度等对塔架风载荷的影响。 为风力发电机组的塔架设计提供了参考。 关键词: 风力发电机组; 塔架; 风载荷; 弯矩; 仿真 中图分类号: TK83 文献标识码: A 塔架设计是风力发电机组设计中不可缺少的一部分，其重要性随着风力发电机组的容量 和高度的增加而增加。塔架类型一般有钢制或混凝土制的桁架式或管状式，以前桁架式塔架用 得比较多，但随着风力发电机组大批量生产，钢制管状式塔架逐渐普遍。 在风力发电机组中，塔架的作用主要是支承风轮和机舱到一定高度以利于发电。它在受 到风轮、机舱以及自身重量作用的同时还要受到各种风况下的风载荷作用，因此塔架必须有足 够的强度、刚度、稳定性来承受这些力的作用，保证风力发电机组安全可靠运行。 1 塔架仿真 在我国的东南沿海地区风能资源丰富，但每年都有不同程度的台风频繁袭击，对安装在 这些地区的风力发电机组造成了很大的破坏。如果风力发电机组塔架设计的参考风速不能抵抗 台风的袭击，将会造成巨大的经济损失甚至人员伤亡和电网故障，因此对安装在这些地区的风 力发电机组的塔架进行抗台风设计是非常重要的。这里主要运用 Bladed for Windows 软件对塔 架在参考风速(60 m⋅s-1)下进行了仿真设计，分析了不同参数对塔架风载荷的影响，为塔架的 实际设计提供了参考。 首先对塔架的受力和弯矩进行如图 1 的定义。图中X 、Y、Z 为三维座标系的三个座标轴， 图中字母 T 代表塔架，F 代表所受到的力，M 代表弯矩，如 MYT 表示塔架绕 Y 轴的弯矩。 收稿日期：2005-03-23 作者简介：许移庆(1978-)，男(汉)，工程师，xyq_9817@163.com 。 86 能源研究与信息 2006 年 第 22 卷 通过对一些气象资料的统计，一般 MZT 台风引起的最大风速 ≤ 60 m⋅s-1 ，因此对 FZT 塔架风载荷的仿真我们都是定在风速 ZT MXT 为 60 m⋅s-1 时进行。塔架的风载荷考虑 FXT MYT FYT 得比较多的是 x 方向和y 方向的弯矩， YT XT 塔架的设计还必须考虑刚度、稳定性和 在变风速、启停机等情况下的疲劳强度 以及振动频率设计(即模态分析)等。为 了突出重点，只讨论在 60 m⋅-1 定风速下 的弯矩情况。 对某台风力发电机组塔架在 60 m⋅s-1 时的弯矩仿真结果