風力發(fā)電塔疲勞損傷的減振控制關鍵技術(shù)研究與應用.pdf

1、風力發(fā)電是目前可再生能源利用較成熟的技術(shù)之一，我國風能資源豐富，自2010年起風電裝機容量已位居世界首位，并計劃2020年實現(xiàn)風力發(fā)電裝機容量200GW。由于風機其工作環(huán)境相對惡劣，故發(fā)生在塔架連接段焊接接頭處的疲勞斷裂、塔架上的聯(lián)結(jié)螺栓疲勞松動、塔架失穩(wěn)倒塌等屢見不鮮，每年都導致了巨大的經(jīng)濟財產(chǎn)損失，制約著人們對風能的開發(fā)利用，風力發(fā)電塔架作為風電機組的支撐，一旦損壞會威脅整個風機、葉片等相關設備的安全。
　　本文基于FLUEN

2、T（計算流體動力學軟件，CFD）對某個1.5WM風力機組項目，開展風力發(fā)電機風荷載的數(shù)值模擬研究，進而用模擬得到的風荷載添加到風電發(fā)電機結(jié)構(gòu)動力學有限元分析之中，通過ANSYS時程計算，用雨流計數(shù)法統(tǒng)計風電塔焊接處疲勞最危險點的損傷參量。最后使用調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（TMD）對風電塔進行減振研究，延長風電塔的疲勞壽命。主要的研究工作如下:
　　1、基于S-A、K-Epsilon兩種湍流模型對NRELPhaseⅥ風力機進行氣動力數(shù)值模擬，

3、計算了風速7m/s～25.1m/s共五個工況。風速7m/s與25.1m/s工況下，兩種湍流模型計算得到的軸扭矩與實驗誤差不到10％;風速10m/s、13.0m/s與15.1m/s工況下，軸扭矩與實驗誤差不到20％。
　　2、基于具體風電塔項目建立結(jié)構(gòu)動力學有限元模型，根據(jù)GL2010認證規(guī)范，在瞬態(tài)分析中各段塔筒連接處滿足極限強度要求。采用FAT112作為S-N曲線，利用雨流計數(shù)法提取臨界損傷面上的應力循環(huán)，依據(jù)Miner線性損傷

4、累積理論，得到塔筒的疲勞危險點處于第二段焊接節(jié)點處，塔筒疲勞壽命為18.14年，無法達到20～25年的使用壽命。
　　3、利用ANSYS對不同頻率比、質(zhì)量比、阻尼比的TMD減振系統(tǒng)進行研究。使用不同減振評價指標時，減振設計參數(shù)的最優(yōu)值有所不同。固定質(zhì)量比為0.05，以位移、加速度分別為減振評價指標時，頻率比最優(yōu)值分別為0.80、0.95，阻尼比最優(yōu)值分別為0.12、0.09;此參數(shù)下的位移減振率、加速度減振率為32.92％、29.

5、34％，對結(jié)構(gòu)最大響應的減振效果比較明顯。
　　4、TMD減振系統(tǒng)的減振對于塔筒疲勞壽命的延長有很大幫助，這歸功于減振系統(tǒng)的工作能減小塔筒單元的應力幅值。在固定質(zhì)量比為0.05時的最優(yōu)延壽效果的減振參數(shù)下，塔筒的疲勞壽命為273.79年，壽命延長比15.09;這說明減振系統(tǒng)能使塔筒的疲勞壽命遠大于20～25年的工作年限。TMD減振系統(tǒng)的質(zhì)量比對減振效果影響較大，成正相關。如只需使塔筒的疲勞壽命大于20～25年，質(zhì)量比為0.01即可