【摘 要】
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随着风力发电的飞速发展,风力发电机功率不断增大,使得风力发电机塔架的尺寸越来越大,引发了塔架的制造、运输、安装等一系列问题。合理设计塔架的构型,可以有效地增加结构材料的利用率和承载能力,从而获得更大的经济效益。本文将从塔架的构型设计和参数优化等两个方面开展研究,解决目前塔架自重过大、运输困难等问题。与传统的格构式塔架不同,本文设计的新的塔架将采用内外两层结构,其内层结构为塔架的维修和安装提供了空间
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随着风力发电的飞速发展,风力发电机功率不断增大,使得风力发电机塔架的尺寸越来越大,引发了塔架的制造、运输、安装等一系列问题。合理设计塔架的构型,可以有效地增加结构材料的利用率和承载能力,从而获得更大的经济效益。本文将从塔架的构型设计和参数优化等两个方面开展研究,解决目前塔架自重过大、运输困难等问题。与传统的格构式塔架不同,本文设计的新的塔架将采用内外两层结构,其内层结构为塔架的维修和安装提供了空间,外层结构能够很好的增加塔架抗扭性能的同时也便于贴防护覆盖层对塔架进行防护。塔架的总体构型:内层采用六根垂直立柱,直立柱之间用横腹杆连接;外层采用六根斜立柱,外层斜立柱之间单斜式腹杆连接;内外立柱之间通过单斜式腹杆连接。选取了杆件的截面形状和截面参数,以此为基础建立了塔架三维模型,根据正常运行和停止运行两种工况,计算出塔架主要承受的力,为后续塔架参数研究奠定基础。根据塔架的构型和受力特点,合理的选取塔架材料和有限元单元,建立了塔架有限元模型;通过控制变量探究塔架单个参数对塔架刚度和质量的影响规律,确定了影响塔架刚度与质量的主要影响参数;利用正交实验法对塔架的主要影响参数进行研究,确定了主要参数对塔架刚度和质量的影响程度,得到了塔架的最佳参数组合,为后续的参数优化提供了参考。为了进一步实现塔架的轻量化,对杆件的截面参数进行了优化研究,建立了塔架的优化模型,以杆件的质量为目标函数,利用ANSYS面响应优化进行分析并得到优化结果,优化后塔架重量为152.56t,比优化前减轻了5.91%。为保证塔架能正常运行,防止塔架发生强度破坏,对塔架进行了静强度分析;为避免塔架与叶片发生共振,对塔架进行了动态响应分析;为防止塔架因风电机组的重量和风载荷而发生屈曲失稳,对塔架进行了稳定性分析,经分析校核之后塔架的强度、稳定性均满足要求,塔架具有良好的强度、刚度、稳定性。
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