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鋼筋混凝土風力發電塔風致動力響應分析

2012-08-13 來源:《風能》 瀏覽數:1516

  4 風致動力響應
  根據上述風荷載時程,利用有限元動力分析方法,對鋼筋混凝土風力發電塔進行了風致動力響應分析。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%。鋼筋混凝土風力發電塔基底彎矩動力響應、塔頂位移動力響應分別如圖6 和圖7 所示。由圖6 不難發現,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電鋼塔(除塔筒厚度之外,其他結構尺寸完全一致)的對比分析。風力發電鋼塔順風向塔頂位移動力響應、基底彎矩動力響應分別如圖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。仔細研究可以發現,風力發電鋼塔動力響應出現了顯著的“拍振”現象,從而帶來過大的振動,降低了結構的可靠性。相比而言,鋼筋混凝土風力發電塔因自身剛度較大,則可有效避免“拍振”現象,降低了結構響應。

圖6 鋼筋混凝土風力發電塔基底彎矩動力響應

圖7 鋼筋混凝土風力發電塔塔頂位移動力響應

圖8 風力發電鋼塔基底彎矩動力響應

圖9 風力發電鋼塔塔頂位移動力響應

  為了比較風電機組靜力分析、動力響應分析之間的差異,本文基于相同的有限元模型分別進行了這兩種分析,所得結果見表1。定義結構確定性動力響應最大值與靜力響應之比為動力放大系數。結果表明,風力發電鋼塔的動力放大系數約為6.5,鋼筋混凝土風力發電塔約為4,動力放大效應十分顯著。因此,在設計過程中必須考慮動力放大效應,以結構動力響應分析結果為設計依據。風電機組的動力放大系數偏大的主要原因,可歸結于進行動力響應分析時不僅考慮了葉片旋轉效應對平均風速的影響,還考慮了其對脈動風速的影響。此外,鋼筋混凝土風力發電塔的動力放大系數要小于風力發電鋼塔,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電塔的另一個優勢。

【延伸閱讀】

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

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