1. 概述
作為風(fēng)機上的重要支撐部件,塔架的性能尤為重要。根據(jù)GL2010要求,除了規(guī)范規(guī)定的各種外部環(huán)境條件下的載荷外,還要計算塔架在風(fēng)場安裝期間及風(fēng)機安裝后靜止期間風(fēng)致橫向振動對塔架的影響。
2. GL規(guī)范要求
根據(jù)第6.6.5.3節(jié)風(fēng)致橫向振動的要求,由風(fēng)向垂直方向上的渦激振動在塔架上(截面為圓形或類似圓形)引起的載荷,可以參考標(biāo)準(zhǔn)DIN1055-4計算。
根據(jù)6.6.6.1.5 風(fēng)致橫向振動的要求,渦激載荷對塔架性能的影響表現(xiàn)為:
1）始終考慮風(fēng)致橫向振動對塔架產(chǎn)生的損傷，由兩部分組成,塔架帶機艙靜止期間損傷和塔架不帶機艙豎立期間損傷。
2）計算時，塔架帶機艙靜止期間的計算時間取設(shè)計壽命的1/20。
3）計算時，塔架不帶機艙豎立期間的計算時間由制造商確定,并在計算中予以考慮.僅當(dāng)該計算時間超過1周時才考慮損傷。對于計算時間大于1周的情況,在計算剪力和彎矩時,風(fēng)速取值不應(yīng)大于臨界風(fēng)速的90%.必要時采取適當(dāng)措施減弱橫向振動。
4）若計算運行狀態(tài)損傷時假定風(fēng)向在整體作用期間內(nèi)保持不變,則不必與累積。
5）若計算運行狀態(tài)損傷時考慮風(fēng)向分布,則應(yīng)與累積。在此考慮最不利情況.塔架綜合損傷D為：
3. DIN1055-4計算渦激載荷與發(fā)生次數(shù)
DIN1055-4標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)計算渦激載荷及發(fā)生次數(shù)所用的輸入?yún)?shù),計算方法等都極為詳盡,在此只著重提出2點,見下。
1）臨界風(fēng)速對應(yīng)的最大振幅和渦激作用長度(見Figure 3.1)之間存在迭代求解,對于臨界風(fēng)速不太大的情況,適當(dāng)選擇”最大振幅/塔架計算直徑”的初值(小于0.1),一般2步即可收斂。
2）標(biāo)準(zhǔn)中未明確提出針對錐形殼體的渦激作用長度范圍內(nèi)等效直徑的計算方法,由于塔架在整個高度范圍內(nèi)厚度和直徑均不為常數(shù),計算時采用的塔架直徑和塔架離散化對結(jié)果影響有多大?
針對第2點,進行以下算例分析。
Figure 3.1 懸臂結(jié)構(gòu)形式的渦激作用長度示意
4. 算例分析
計算某風(fēng)場條件下某型塔架(塔高82.5m)因風(fēng)致橫向振動引起的載荷。
由于塔架一般為錐形,由不同厚度段組成,且渦激作用長度范圍內(nèi)的直徑連續(xù)變化,為考慮塔架計算直徑和離散段數(shù)對計算結(jié)果的影響,設(shè)置算例見Table 4.1。
塔架塔頂直徑為2.7m,塔頂以下2.7*6=16.2m(估算為渦激作用長度起始處)處直徑約為3.1m;
Table 4.1 塔架計算算例設(shè)置
采用我公司自主開發(fā)的軟件計算算例1，可得塔架塔底剪力和彎矩隨塔架計算直徑的變化趨勢，見Figure 4.1、4.2。
Figure 4.1 塔底剪力隨塔架計算直徑的變化趨勢
Figure 4.2 塔底彎矩隨塔架計算直徑的變化趨勢
可見,塔架計算直徑對載荷影響很大。保守考慮，建議取渦激作用長度范圍內(nèi)的最大直徑。
采用我公司自主開發(fā)的軟件計算算例2、3，可得不同離散狀態(tài)對塔架載荷影響，見Figure 4.3、4.4。
Figure 4.3 不同離散狀態(tài)對塔架各截面剪力的影響
Figure 4.4 不同離散狀態(tài)對塔架各截面彎矩的影響
可見，塔架離散狀態(tài)對各截面剪力影響較大，彎矩影響不大。但按1m離散時塔架各截面的剪力和彎矩分布更為連續(xù)。故建議在塔架離散時應(yīng)考慮足夠的離散段數(shù)。
