东风设计研究院有限公司 湖北武汉 430000
摘要：随着风力发电的快速发展，风力发电机塔筒的安装过程是关键技术环节。在实际工程中塔筒吊装时倾覆问题较为严重，特别是有风作业时，起吊高度及风荷载的变化对其稳定性影响较大。
关键词：塔筒结构；安全性；结构失效
1引言
风能是一种取之无尽、用之不竭的可再生能源[1]，发展潜力巨大。结构设计中对于风力发电机塔筒施工阶段的安全性鲜有研究，仅可以发现对塔筒安装过程中的倾覆问题有定性描述，并未有定量的安全性分析。
2.施工阶段安全性评估
工程实践中较为常见的事故为塔筒安装过程中吊车的倾覆事故。目前国内外对大型起重机的倾覆事故报道并不是很多，比较有名的包括2003年韩国釜山LTL1000吊车倾覆事故以及2008年美国的怀俄明州黑霹雳矿LTL1100吊车倾覆事故[2]，一般采用力学简化模型计算其稳定性。而目前，对于一般重物的安装过程稳定性研究较多，而塔筒安装过程中的倾覆安全性问题的分析鲜见，这里进行简化分析。
塔筒安装过程倾覆性验算特点：风力发电机塔筒安装过程与一般重物安装过程的倾覆性验算最主要区别在于起重物为塔筒，迎风面积大，且高度一般为60m以上，所受风载随着高度系数增大而明显增大，风荷载对其稳定性影响明显。这里进行简化计算，基本参数如下。
塔筒重量 36992kg
塔筒迎风面积
由于塔筒安装过程所用到的起重机一般分为两种：履带式起重机和汽车式起重机，这里选取其中的一种—履带式起重机进行倾覆性验算。结合塔筒安装过程的实际情况，这里将起重机倾覆性分析分为两种情况[3]：无风动载时的稳定性分析；有风作业（侧向）时的稳定性分析。下面分别进行计算分析。
（1）无风动载时的稳定性分析
按照履带起重机的设计要求，履带起重机行走时，运行速度应小于0.4m/s。倾覆边取为驱动链轮的中心线。计算简图如图2-1所示，具体计算参数如表2-1所示。
根据上表可知，稳定系数，故起重机倾覆性满足要求，安全。
（2）有风作业（侧向）时的稳定性分析
由于塔筒迎风面积很大，其有风作业的稳定性分析明显区别于一般重物的稳定性分析。为了以系统处于最不利状态来计算其稳定性，假设风的方向是增加倾覆力矩的方向。因此，倾覆力矩是风力和起升荷载产生的力矩之和。为了更加清晰明了地反映其受力情况，计算简图采用轴测图示意，如图2-2所示，具体计算参数如表2-2所示。
其中，风荷载产生的力矩。
根据《起重机设计规范》 GB/T 3811-2008，履带起重机的计算风压取值如表2-3所示，其中为正常工作风压，为起重机工作状态最大计算风压。表2-3中按照臂长小于50m时，取为125。
根据上表可知，稳定系数，故起重机倾覆性满足要求，安全。然而，随着起重高度的增加，起重机臂长不断增加，上表所给风速值已不再适用。当吊装四级塔筒（70m高度处）时，额定工况下最大风速可达3.07。此时风荷载产生的力矩：
稳定系数，起重机稳定系数略高于规范值，易发生安全事故。
3.结论
本文结合常见工程事故，按照施工阶段多种主要的安全因素进行综合分析，有风作业时，起重机侧向稳定系数为2.3；随着起吊高度的增加，吊装四级塔筒时，稳定性系数降为1.06，略高于规范值，易发生安全事故。
参考文献：
[1]Zhao ZY，Wu PH，Xia B，et al. Development route of the wind power industry in China. Renewable & Sustainable Energy Reviews，2014，34（3）：1–7
[2]郝承明. 重型吊车倾覆事故分析. 建设机械技术与管理，2009，22（10）：46-48
[3]胡宗武，汪西应，汪春生. 起重机设计与实例（第一版）. 北京：机械工业出版社；2009. 60-64
[4]中华人民共和国国家标准. 钢结构设计规范（GB50017-2003）（北京：中国建筑工业出版社，2010）
论文作者:张海梅
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/9
标签：起重机论文; 稳定性论文; 系数论文; 荷载论文; 力矩论文; 作业论文; 安装过程论文; 《基层建设》2016年11期论文;