兆瓦级风力发电机组塔架的静强度及模态分析.pdfVIP

学兔兔 学兔兔 2010年第6期 白海燕，等：兆瓦级风力发电机组塔架的静强度及模态分析 ·35· 1．3 边界条件和计算载荷 应力集中。最大Von Mises等效应力为146．4 MPa。 由于风力发电机组塔架与地面基础固连，在进行 Q345D钢的允许拉压应力为345 MPa，考虑到安 静强度分析时可以对塔底施加全约束，塔底所有节点 全系数可取极限值为230 MPa(安全系数1．5)。根据 的自由度为零。塔筒载荷采用 GI (Germaniseher 工程经验，塔架最大允许的变形量为塔架高度的 Lloyd)规范推荐的塔筒顶部坐标系，原点位于塔筒中 (0．5～0．8) 。因此，塔架最大等效应力为许用应力 心轴与塔筒顶部上缘的交点处， 轴为沿风轮轴的 的63．7 ，塔顶最大变形量为塔高的0．71 ，均满足 水平方向，固定于塔筒，zx为垂直向上，yx轴按右手 设计要求。 定则确定，该坐标系不随机舱旋转，见图3。建模时， 通过MPC(Multipoint constraint)单元将计算得到的 各种载荷工况下的极限载荷传递到塔筒，进行计算分 析。 l f … ～ 图4 塔架变形云图 (a)整体有限元模型 (b)局部有限元模型 图2 塔架有限元模型 图 5 塔架应力云图 3 塔架模态分析 模态计算时，应考虑机舱和风轮的质量对塔筒的 影响，采用Mass21集中质量单元来模拟风轮和机舱 特性。单元处于塔筒上方机舱和风轮系统的质心位置， 并将质量单元节点与塔顶单元节点相耦合，使其保持 相同自由度。计算时，分为考虑塔筒顶部质量和不考 图 3 塔筒顶部坐标系 虑塔筒顶部质量两种情况。 2 塔架静强度分析 表1是利用ANSYS模态分析得到的塔架前4阶 计算表明，在各种载荷工况下，塔筒根部及舱门 固有频率和振型。 圆角附近都具有较大的应力。当轴向推力最大时塔筒 表1 塔架前4阶固有频率和振型 所受应力值最大。计算结果见图4、图5。 I 阶数 频率(Hz) 振型 图4和图5中，Von Mises等效应力是按第四强 不考虑上部质量时 考虑上部质量时 度理论确定的，应力单位为Pa，变形单位为m。 1 1．109 9 o．443 2 X向前后摆动 2 1．123 5 0．446 0 向前后摆动 由计算结果可见，在载荷作用下，最大变形位于 3 5．7