風(fēng)電機(jī)組塔筒振動(dòng)的分析與測(cè)量

　　1 引言
　　塔筒是風(fēng)電機(jī)組中的主要支承裝置，它將機(jī)艙和風(fēng)輪托舉到所需的高度。在機(jī)組的整個(gè)壽命周期內(nèi)，塔筒受到風(fēng)輪、機(jī)艙以及自身重力作用的同時(shí)，還受到各種風(fēng)況（正常風(fēng)況、極端風(fēng)況）引起的動(dòng)載荷作用，承受大小和方向隨時(shí)變化的疲勞載荷和極限載荷。因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證塔筒具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。
　　塔筒的振動(dòng)分析與控制是風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)過程中必須進(jìn)行的工作之一。由于風(fēng)輪在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，且風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速時(shí)刻都在發(fā)生變化，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)變載荷、變轉(zhuǎn)速的特性，通過對(duì)各個(gè)部件動(dòng)態(tài)特性及其耦合特性的設(shè)計(jì)，保證整個(gè)機(jī)組在工作過程中的平穩(wěn)及安全可靠運(yùn)行。通過對(duì)塔筒振動(dòng)的測(cè)量和分析，可以了解實(shí)際工作過程中塔筒的振動(dòng)水平及頻率成分，對(duì)引起塔筒振動(dòng)的原因進(jìn)行具體分析，并對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證。
　　2 塔筒的載荷分析
　　目前，風(fēng)電機(jī)組塔筒大都為錐形結(jié)構(gòu)，其頂端安裝有較大質(zhì)量的機(jī)艙和在風(fēng)載荷作用下旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪， 如圖1 所示。概括起來，作用在塔筒上的載荷主要有以下幾類：

圖1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

圖2 塔筒載荷和振動(dòng)仿真結(jié)果

　　(1) 氣動(dòng)力：作用在塔筒頂部的風(fēng)輪上的氣動(dòng)力是塔筒載荷的主要來源。此外， 風(fēng)載荷直接作用在塔筒上也會(huì)對(duì)塔筒產(chǎn)生動(dòng)載荷。
　　(2) 重力：機(jī)艙和風(fēng)輪重力直接作用于塔筒頂部，是塔筒設(shè)計(jì)和機(jī)組安裝時(shí)必須考慮的一個(gè)重要參數(shù)。機(jī)艙和風(fēng)輪的重心位置也是設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的一個(gè)重要參數(shù)。
　　(3) 慣性載荷：由于風(fēng)載荷的隨機(jī)性，會(huì)引起塔筒的振動(dòng)，而這種振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生慣性力，不但引起塔筒的附加應(yīng)力，而且還會(huì)影響塔筒頂端葉輪的變形和振動(dòng)。
　　(4) 控制系統(tǒng)的運(yùn)行載荷：風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行過程中，控制系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)使機(jī)組啟動(dòng)、停車（包括緊急停車）、偏航、變槳、脫網(wǎng)時(shí)，都會(huì)引起機(jī)組結(jié)構(gòu)和塔筒部件的載荷變化。
　　圖2 為仿真得到的停車過程中塔筒頂部的傾覆力矩和振動(dòng)