易跨海[1]2013年在《风力发电机塔架结构的设计方法研究》文中指出本文以内蒙古白云鄂博地区某1.5MW风力发电机锥筒型塔架为参考对象，对格构式钢管混凝土风力发电机塔架的设计方法进行了研究，并对影响塔架受力性能的控制指标和设计参数进行了分析。格构式钢管混凝土风力发电机塔架的设计方法包括概念设计（塔架高度按最低高度计算公式和风力发电机组功率要求确定；塔架立面形状宜采用斜直线型；平面形状采用叁角形；腹杆形式采用混合式；塔顶宽度取决于风力发电机组偏航轴承尺寸，取4.7m；塔底宽度取（1/4~1/10）H；塔柱与腹杆的夹角取30~55）、塔架计算简图、荷载计算及组合、塔柱及腹杆内力计算方法及截面设计方法。采用当量惯性矩法计算变截面塔架的刚度；运用屈曲系数原理推导了塔架稳定性的理论验算公式。利用ANSYS有限元软件研究了设计参数对塔架破坏模式和极限承载力的影响规律，研究结果表明：随着塔架宽高比、腹杆形式、塔柱径厚比以及腹杆与塔柱刚度比的变化，塔架呈现腹杆局部屈曲破坏模式、腹杆局部屈曲与受拉塔柱屈服联合破坏模式以及节点破坏模式等叁种破坏模式；塔架宽高比和塔柱径厚比对塔架承载力起主要影响作用，腹杆形式和腹杆与塔柱刚度比对塔架承载力的提高有限；建议塔架宽高比的取值宜在1/11~1/9之间，腹杆形式宜采用混合式（底层采用再分式，以上采用交叉式），塔柱径厚比宜在25~32之间，腹杆与塔柱刚度比宜在0.006~0.012之间。对1.5MW格构式钢管混凝土风力发电机塔架进行了设计，并对其进行强度、刚度和稳定性等控制指标分析，验证了设计方法的有效性，明确了塔架设计时塔柱由强度控制，腹杆由稳定性控制。
白林武[2]2003年在《塔架的强度刚度计算及稳定性分析》文中研究指明随着我国现代化建设事业的蓬勃发展，架空索道作为一种新型而方便的交通手段也日益发展成熟起来。而作为架空索道的重要部件之一的塔架，其安全直接关系到架空索道运输的安全，因此，对架空索道塔架进行的刚度，强度以及稳定性分析与设计计算以及其方法已经成为设计，制造架空索道的关键。而长期以来，对索道塔架的设计与计算一直沿用传统的结构设计分析方法。由于这种计算只能得到局部的应力与位移变形情况，而对与塔架在整体受载时的应力，应变以及分布规律却无法描述。与此同时，载人架空索道的需求量却与日俱增，这一矛盾迫使架空索道塔架的设计制造部门迫切寻找一种能够快速准确反映塔架受载时整体应力应变规律的现代设计新方法。 随着计算机技术的飞速发展，使得有限元分析计算方法得到了广泛的使用，涉及航空航天，土木，水利，造船及机械工程等各领域，用来进行结构力学分析，流体力学分析，热传导和电磁分析。针对有限元这一应用，国外开发出了这一方法的大型软件包(Algor Feas)用于桁架板壳结构分析，本项目研究的就是利用Algor Feas软件包，突破传统的方法，对塔架的受力情况和位移进行比较精确的有限元分析。 在此分析过程中：首先将物理模型简化为力学模型，主要是将塔架结构按空间杆单元简化为空间桁架结构，目的是将力学模型变换为数学模型；这一过程主要是利用Autocad 2000建立塔架的计算模型；再者，利用Algor Feas软件包读入Autocad建立的塔架计算模型生成初始数据卡利用计算机进行编程进行风载计算，再将计算结论整合入Algor Feas产生的初始数据卡中，生成计算数据卡；接着，利用Algor Feas软件包计算塔架在不同载荷情况下的应力图，位移图，并且求出在不同载荷条件下的最大位移和最大应力等；然后，对塔架的稳定性进行分析；最后；根据计算结果提出改进建议。
宋俊杰[3]2012年在《1.5MW风力发电机塔筒与塔架的对比研究》文中研究指明本文在控制强度、刚度、经济性等基本参量的基础上，完成对西北地区某风电场的1.5MW风力发电机锥台型塔筒和格构式钢管混凝土叁肢柱塔架的初步选型和设计。通过大量的模型计算，确定影响设计的敏感参数和控制指标。针对初步设计方案，以用钢量为目标函数，在一定约束条件下调整设计参数，优化设计。对两种形式塔架的优化结果从受力性能、经济性、运输、施工等方面进行对比分析。锥台型塔筒设计中，侧移是其最难控制的因素之一，且材料的整体利用率不高。针对此情况，本文提出下部采用圆柱，上部采用圆锥的组合式塔筒，实现了增加材料利用率，减小塔顶位移的目的。格构式钢管混凝土塔架设计中，塔柱强度是影响设计的主要因素，材料利用率相对较高。当塔架宽高比为1/7，腹杆与横杆夹角为45度时，塔架不仅可以满足强度、刚度和稳定性要求，而且用钢量最省。通过塔筒与塔架的对比分析可知，钢管混凝土叁肢柱塔架相比锥台型塔筒，整体用钢量降低近50%；加工制作过程中大型机械使用较少；运输工具选用灵活，可以降低运输费用，扩大建造范围。但施工工序较多，施工周期较长。本文的研究成果可为大型风力发电机组承载部件的设计提供科学、合理的依据。
魏源[4]2016年在《混合式风力发电机组塔架基本力学性能研究》文中研究表明风机塔架作为整个风力发电机组体系的支撑结构,其安全性能至关重要。现有大型风机塔架主要有圆筒型塔架和格构式塔架两大类,其中圆筒型塔架占地面积小、构造简单、施工方便,应用较为普遍,但加工工艺复杂、运输困难、基坑土石方开挖量巨大、塔位水土破坏严重等问题的存在使其在山岭地区风电场的应用受到很大限制;格构式塔架制造简单、耗材少、成本低、运输方便、可依地势而建,但在使用过程中会因风振效应产生噪声污染,且为避免塔架与风机叶片发生碰撞,塔架根开受到限制,都极大影响了其在大型风机中的应用。为改善现有风机塔架存在的问题,满足如今风机大型化的发展趋势,有效扩展风电场的建造范围,本文提出一种上部是圆筒型塔架,下部是格构式塔架的混合式风力发电机组塔架体系。为验证上述塔架体系在山岭地区等复杂地势下的工程适用性,本文采用数值模拟和理论分析相结合的方法对其基本力学性能进行研究,分析混合式塔架宽高比和高度比最优范围,及出现长短腿后相关力学性能的变化规律,具体内容如下:(1)以风力发电机组塔架基本设计原则为基础,参考已有圆筒型塔架、格构式塔架和海上风机塔架型式,初步确定混合式风力发电机组塔架高度、塔顶宽度、塔底宽度、过渡段宽度、腹杆形式和各段壁厚等各项设计参数,同时得到混合式风力发电机组塔架受力简化模型,及相关荷载计算公式。(2)运用ANSYS有限元分析软件建立混合式风力发电机组塔架叁维模型,在进行塔架比较选型后,对不同宽高比、高度比和长短腿型式的混合式塔架静动力、稳定、抗震、疲劳等基本力学性能进行系统性分析。在满足设计和规范要求的基础上,确定出混合式塔架宽高比和高度比最优取值范围,及不同长短腿混合式塔架间相关力学性能的变化规律,并提出混合式塔架设计选型的相关建议。(3)将混合式风力发电机组塔架与传统圆筒型风力发电机组塔架在受力性能、用钢量、运输过程、制作工艺、施工过程以及维修过程等多个方面进行对比分析,确定两种结构型式塔架的优缺点,为实际工程中塔架的选型及设计提供一些科学合理的参考依据。
罗桂鑫[5]2013年在《1.25MW风力发电机塔筒与混合式塔架的受力性能对比研究》文中研究说明塔架是风力发电机组的主要支撑装置，确保其安全可靠尤为重要。目前国际风电市场普遍采用的是锥台型塔筒，然而随着风电机组日趋大型化，以及锥台型塔筒性价比和运输问题的日益突出，研究设计一种新型的塔架结构具有重要的理论意义及工程实用价值。本文以内蒙古辉腾锡勒风电场的S6x-1.25MW锥台型塔筒为研究对象，利用振动测试仪器对其进行了环境脉动实测，结合理论计算以及ANSYS有限元软件对该塔筒的动力特性、强度、刚度和稳定性进行了分析。在此基础上，设计出相同条件的1.25MW混合式风力发电塔架，并借助ANSYS有限元软件对其进行评定。最后对两种型式塔架进行综合对比分析。研究结果表明：环境脉动实测、理论计算和有限元分析得到的塔筒固有频率接近，而且该塔筒可以有效的避免共振。由理论计算与有限元分析得知该塔筒强度、刚度和稳定性均满足相关要求，塔筒的强度承载力1379kN高于其稳定承载力1067kN，说明该塔筒由稳定性控制，锥台型塔筒的稳定性取决于暴风风速工况下的第一阶屈曲临界荷载。对混合式风力发电塔架，塔柱强度与上段塔筒的稳定性是控制其设计的主要因素，当宽高比在1/8~1/9，斜率在8.5~11.5，H_1/H_2（H_1为下段格构式塔架高度，H_2为上段塔筒高度）在1.2~1.6时，混合式风力发电塔架的设计较为合理，不仅可以满足塔架的强度、刚度、稳定性和动力特性的要求，而且用钢量较少。混合式风力发电塔架与锥台型塔筒相比，在受力性能、经济性和运输方面具有明显优势，在强度利用率方面可以提高35%，水平刚度可以提高15%，用钢量可以节省35%，但由于施工工序较多，施工周期长，成为其发展受限的主要因素。本文环境脉动实测结果可以作为风力发电塔架结构动力特性分析的参考。两种型式塔架的研究成果，可为大型风力发电塔架的设计提供科学合理的依据。
赵立新[6]2008年在《风力发电机塔架的有限元分析与优化设计》文中认为能源与人类社会息息相关,它是发展生产与提高人类生活水平的重要物质基础。随着人类社会的发展、科技的进步以及日益严重的资源和环境问题的挑战,世界能源结构开始经历第叁次大的变革,即从以煤炭、石油、天然气为主的能源系统,开始转向以可再生能源为基础的能源系统,即目前流行的新能源。由于风力发电与其他燃料能源发电有着不可比拟的优点,因此它被认为是一种理想的能源、清洁的能源。随着风力发电机的大型化,机组塔架的优化设计问题日益突出。为了降低成本,减轻重量,通常将塔架设计为柔塔。这就需要探讨新的设计方法、应用新的设计技术。本文通过有限元软件MSC.Patran/Nastran以及MSC.Fatigue分析了影响塔架设计的静强度、模态、稳定性、疲劳强度等关键因素,并对塔架进行了安全性校核,研究了这些因素在塔架优化设计中的作用和地位,提出了优化塔架基本结构尺寸的方法,并对塔架进行了优化设计,为大型风力发电机组承载部件的分析和设计提供了科学可靠的依据。
严磊[7]2008年在《风力发电机支撑体系结构设计研究》文中研究表明风能是可再生的清洁能源,风力发电是缓解我国目前能源紧张和环境压力的重要手段。目前在风力发电机组设计的主要技术上,我国尚处于较低的水平,尤其是对于海上风力发电机组的支撑结构体系而言,由于缺乏足够的工程实践可供借鉴,也没有成熟的规范可供参考,其设计仍然停留在近海区域的传统支撑结构形式。本文从我国目前风力发电机组支撑结构设计的研究现状出发,通过理论分析和数值模拟,重点研究了如下几个问题:(1)根据陆上和近海地区不同的环境条件和载荷条件,深入研究了风力发电机组的上部塔架和下部基础的结构形式,并给出了其设计要点;(2)研究了风力发电机组的荷载体系,并就各种环境荷载的计算方法进行了详尽探讨;(3)针对陆上风力发电机组特点,考虑基础影响,采用有限单元法对陆上风力发电机支撑结构进行了静力分析、疲劳分析、稳定性分析、动力特性和动力响应分析;(4)在国内首次研究了海上浮动式风力发电机的支撑结构-张力腿平台(TLP),对张力腿平台的结构设计进行了探讨;采用有限元法对张力腿平台的受力、变形和稳定等进行了数值分析;并且采用流固耦合法,对结构的自振特性和波浪荷载作用下的动力响应进行了深入研究。本文的研究揭示了不同的环境条件下陆上及海上风力发电机组支撑结构体系的动静力特性,其结论可为风力发电机组支撑结构设计提供重要参考。
李华明[8]2004年在《基于有限元法的风力发电机组塔架优化设计与分析》文中指出随着风力发电机的大型化，机组塔架的优化设计问题日益突出。为了降低成本，减轻重量，通常将塔架设计为柔塔。这就需要探讨新的设计方法、应用新的设计技术。本文以强度理论、结构动力学和非线性有限元为理论基础，以塔架优化设计为目的，分别分析并研究了影响塔架设计的静强度、模态、稳定性、疲劳强度等关键因素；研究了这些因素在塔架优化设计中的作用和地位，提出了一种优化塔架基本结构尺寸的方法，并将优化结果与某定型机组的塔架比较，证明了该方法的正确性，为大型风力发电机组承载部件的分析和设计提供了科学可靠的依据。同时在国内首次将非线性有限元理论应用于塔架设计中的接触分析，更进一步拓展了有限元方法在风力发电机组设计中的应用范围。
单蕾[9]2009年在《风力机塔架结构选型与受力性能研究》文中认为风能是一种清洁的永续能源,目前,风力发电逐渐成为全球多个国家可持续发展战略的重要组成部分,发展迅速。从上世纪80年代开始至今,风力机的性能得到了大幅提高,单机发电能力提高500倍,风轮直径达100m以上,塔架高度有的甚至达到200m。各国的工程设计师不断致力于将风力机结构材料利用至极限,以期使各种结构愈加轻巧,增加有效载荷,进而获得更大的经济效益。在风的作用与巨大叶轮的负载下,风力机塔架的合理受力、合理选型等问题凸显出来。而国内外对相关领域的研究仍处于起步阶段,针对此种现状,本文借助有限元思想及相关设计分析软件,在系统的分析风力机塔架受力性能的基础上,对其塔架的合理选型进行了研究。1、参考高耸结构相关规定,确定风力机塔架选型的基本原则,明确受力分析方法,得到简化力学模型。2、利用有限元软件ANSYS10.0对圆筒型、格构式风力机塔架进行选型研究。针对圆筒型塔架,进行优化分析,兼顾经济性及结构合理性,得出不同高度塔架的宽高比、斜率、顶底径比及径厚比的最佳取值;针对格构式塔架,对于不同研究侧面建立多组模型,对塔身合理线形(起坡、宽高比、斜率)、平面选型及腹杆布置进行对比分析,得出各参量最佳取值范围或最佳方案。3、针对3MW级风力机塔架分析进行了圆筒型、格构式塔架设计,以期为工程实践提供参考。
徐佩[10]2013年在《风力发电机塔架结构动力安全性分析》文中研究表明现代社会的快速发展建立在充足的能源基础之上，随着化石能源的短缺和环境污染的日益严重，风能作为一种新型的清洁能源越来越受到人们的重视，近年来全球风力发电机的装机容量逐年增加，风力发电机的发展前景十分广阔。随着风电技术的日益成熟，为了获取更大的经济效益，风力发电机正在向着巨型化方向发展。由于风力发电机特殊的结构形式以及所处的复杂工作环境，其叶片极易发生疲劳破坏；同时，风力机的巨型化发展使得风轮对塔架的激励作用增大，如何保障叶片破坏后塔架结构的安全性，逐渐成为业内人士关注的焦点。本文通过利用有限元软件ANSYS对一款2MW级水平轴风力发电机塔架的安全性进行了分析。文章从动力特性、风致响应和稳定性叁个方面分析了叶片脱落对塔架安全性产生的影响，并提出了叶片脱落瞬态影响系数的概念。动力特性分析时，分别分析了叶片脱落对风轮和塔架动力特性的影响，分析表明：叶片脱落对风轮和塔架的振动模态都会产生影响，且其瞬态影响系数的大小与其对应模态阶数、脱落叶片位置、叶片固有频率、叶片个数及塔架振动频率相关。通过绘制叶片脱落前后风轮和风轮-塔架系统的坎贝尔图，得到叶片脱落对风轮的共振转速影响较小，但是增加了风轮-塔架系统产生共振的可能性；风致响应分析时，通过对比分析叶片脱落前后风轮和塔架的风致响应，结果表明：叶片脱落对风轮力学性能的影响较小，但对塔架力学性能有比较突出的影响，本文分别从叶片刚度、风轮转速和风速叁个方面研究了瞬态影响系数的变化规律，并且把得到的规律和工程实际条件相结合，分别对已有风力机和将建风力机塔架设计提出了参考性建议，有效的避免叶片脱落对塔架造成破坏；稳定性分析时，通过对比叶片脱落前后塔架的屈曲模态，分析得到：叶片脱落使得塔架的屈曲模态和屈曲特征值都发生了较大的变化，叶片脱落后塔架的屈曲特征值较脱落前大幅度降低，且屈曲破坏位置由原来的塔筒中部变为塔筒的顶端，并且定性的总结了塔架稳定性瞬态影响系数分别随风轮及机舱质量、风轮转速和风速的变化规律。
参考文献：
[1]. 风力发电机塔架结构的设计方法研究[D]. 易跨海. 内蒙古科技大学. 2013
[2]. 塔架的强度刚度计算及稳定性分析[D]. 白林武. 重庆大学. 2003
[3]. 1.5MW风力发电机塔筒与塔架的对比研究[D]. 宋俊杰. 内蒙古科技大学. 2012
[4]. 混合式风力发电机组塔架基本力学性能研究[D]. 魏源. 福州大学. 2016
[5]. 1.25MW风力发电机塔筒与混合式塔架的受力性能对比研究[D]. 罗桂鑫. 内蒙古科技大学. 2013
[6]. 风力发电机塔架的有限元分析与优化设计[D]. 赵立新. 吉林大学. 2008
[7]. 风力发电机支撑体系结构设计研究[D]. 严磊. 天津大学. 2008
[8]. 基于有限元法的风力发电机组塔架优化设计与分析[D]. 李华明. 新疆农业大学. 2004
[9]. 风力机塔架结构选型与受力性能研究[D]. 单蕾. 哈尔滨工业大学. 2009
[10]. 风力发电机塔架结构动力安全性分析[D]. 徐佩. 哈尔滨工业大学. 2013