風電機組塔筒振動的分析與測量

　　3 設計過程中對塔筒振動的控制
　　通過上面的分析可知，塔筒受到多種載荷的共同作用，特別是由于風載荷的隨機性，必然引起塔筒的變形和振動，而這種振動不但會引起塔筒的附加應力，而且有可能與葉片產生共振，從而影響整個風電機組組的穩定性。因此，在風電機組組塔架設計中，必須對塔筒進行動力學分析，合理設計塔筒的強度和剛度。通過對塔筒進行模態分析，動力響應計算等，使塔架頻率（主要為一階頻率）與葉片的通過頻率之間錯開一定的數值，而且把機組和塔筒的振動都控制在一定的范圍內。
　　對于鋼制錐形塔筒，把機艙、風輪等近似作為集中質量作用于塔筒頂部，其1 階固有頻率可用下式進行估算：

式中：E—塔筒材料彈性模量
I—塔筒截面慣性矩
H—塔筒高度
m1—塔架質量
m2—機艙及風輪質量
　　目前，風電機組塔筒的動力學分析主要通過有限元方法（FEM）進行。表1、圖3、圖4 為采用大型通用有限元軟件ANSYS 對一臺1.5MW 風電機組進行模態計算得到的結果。

表1 有限元計算得到的塔筒模態頻率和模態振型

圖3 塔筒1階振型及振型

圖4 塔筒3階振型及振型