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鋼筋混凝土風力發(fā)電塔風致動力響應(yīng)分析

2012-08-13 來源:《風能》 瀏覽數(shù):1560

  4 風致動力響應(yīng)
  根據(jù)上述風荷載時程,利用有限元動力分析方法,對鋼筋混凝土風力發(fā)電塔進行了風致動力響應(yīng)分析。在分析過程中,兩種塔體均采用瑞利阻尼。其中,鋼材阻尼比為2%,鋼筋混凝土為5%。鋼筋混凝土風力發(fā)電塔基底彎矩動力響應(yīng)、塔頂位移動力響應(yīng)分別如圖6 和圖7 所示。由圖6 不難發(fā)現(xiàn),基底彎矩最大值為29200kN*m ;由圖7 可知,塔頂位移最大值為0.221m。此外,本文還進行了風力發(fā)電鋼塔(除塔筒厚度之外,其他結(jié)構(gòu)尺寸完全一致)的對比分析。風力發(fā)電鋼塔順風向塔頂位移動力響應(yīng)、基底彎矩動力響應(yīng)分別如圖8 和圖9 所示。從圖8 中可以看出,基底彎矩最大值為49708kN*m;由圖9 可知,塔頂位移最大值為0.891m。仔細研究可以發(fā)現(xiàn),風力發(fā)電鋼塔動力響應(yīng)出現(xiàn)了顯著的“拍振”現(xiàn)象,從而帶來過大的振動,降低了結(jié)構(gòu)的可靠性。相比而言,鋼筋混凝土風力發(fā)電塔因自身剛度較大,則可有效避免“拍振”現(xiàn)象,降低了結(jié)構(gòu)響應(yīng)。

圖6 鋼筋混凝土風力發(fā)電塔基底彎矩動力響應(yīng)

圖7 鋼筋混凝土風力發(fā)電塔塔頂位移動力響應(yīng)

圖8 風力發(fā)電鋼塔基底彎矩動力響應(yīng)

圖9 風力發(fā)電鋼塔塔頂位移動力響應(yīng)

  為了比較風電機組靜力分析、動力響應(yīng)分析之間的差異,本文基于相同的有限元模型分別進行了這兩種分析,所得結(jié)果見表1。定義結(jié)構(gòu)確定性動力響應(yīng)最大值與靜力響應(yīng)之比為動力放大系數(shù)。結(jié)果表明,風力發(fā)電鋼塔的動力放大系數(shù)約為6.5,鋼筋混凝土風力發(fā)電塔約為4,動力放大效應(yīng)十分顯著。因此,在設(shè)計過程中必須考慮動力放大效應(yīng),以結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析結(jié)果為設(shè)計依據(jù)。風電機組的動力放大系數(shù)偏大的主要原因,可歸結(jié)于進行動力響應(yīng)分析時不僅考慮了葉片旋轉(zhuǎn)效應(yīng)對平均風速的影響,還考慮了其對脈動風速的影響。此外,鋼筋混凝土風力發(fā)電塔的動力放大系數(shù)要小于風力發(fā)電鋼塔,其主要原因在于鋼筋混凝土阻尼比較大。這是鋼筋混凝土風力發(fā)電塔的另一個優(yōu)勢。

【延伸閱讀】

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閱讀上文 >> 參數(shù)化高精度整機模型對風電機組設(shè)計的意義
閱讀下文 >> 大型風電機組變槳距控制技術(shù)的研究

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