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本文以拉索式风力机塔架为研究对象,详细的分析拉索式塔架所受载荷,塔架结构振动特性、结构稳定性和结构的风振控制,具体如下:
1.对拉索式风力发电机塔架所受载荷进行阐述。对拉索式风力机塔架结构起重要作用的风载荷、地震作用,拉索初应力和裹冰载荷进行详细分析。通过假设和简化建立风载荷模型。
2.根据拉索式塔架结构振动特性,分析和研究纤绳模型和塔身自振特性。用ANSYS软件建立有限元模型,进行模态分析。为进一步检验所建模型的合理性,用实时动态信号分析仪对1kw拉索式风力发电机塔架的频率进行测量,验证得出纤绳的初应力增大会引起结构的刚度增加,改变结构的自振特性。分析塔架结构在参数共振时的动力稳定性,提出避免结构自参数共振最简捷有效的方法是调整纤绳的初拉力。
3.对风力机塔架结构的稳定性进行深入分析。运用ANSYS软件建立塔身模型,并对模型进行非线性稳定性分析。根据分析结果并结合薄壁钢管结构易发生局部屈曲的特点,提出采用钢管混凝土材料改进塔身结构,提高风力机系统稳定性。通过仿真建模证实钢管混凝土材料能够有效改善风力机系统稳定性。
4.拉索式结构应用于大中型风力发电系统,结构材料选用钢管混凝土时,塔身结构采用桁架式。通过塔身结构的强度分析,结果表明桁架式塔身结构能充分发挥钢管混凝土材料性能。针对拉索布置形式进行讨论,提出拉索采用多层布置;拉索层间不等距,且层间距自上向下递减;拉索斜向布置在30°~60°倾角范围内,2~3层拉索共一地锚。
5.对塔架结构风振控制进行分析,得出拉索可以等效为调频弹簧阻尼器。在一定的设计风速范围内,选用优化的拉索参数能够起到较好的风振控制效果,有效解决风力机塔架风振变形问题。
本文为风电系统特别是大型风电系统中的拉索式结构应用提供了理论依据。