1. 概述
作為風(fēng)機(jī)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(jì)算塔架在風(fēng)場(chǎng)安裝期間及風(fēng)機(jī)安裝后靜止期間風(fēng)致橫向振動(dòng)對(duì)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(dòng)的要求,由風(fēng)向垂直方向上的渦激振動(dòng)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(jì)算。
根據(jù)6.6.6.1.5 風(fēng)致橫向振動(dòng)的要求,渦激載荷對(duì)塔架性能的影響表現(xiàn)為:
1）始終考慮風(fēng)致橫向振動(dòng)對(duì)塔架產(chǎn)生的損傷，由兩部分組成,塔架帶機(jī)艙靜止期間損傷和塔架不帶機(jī)艙豎立期間損傷。
2）計(jì)算時(shí)，塔架帶機(jī)艙靜止期間的計(jì)算時(shí)間取設(shè)計(jì)壽命的1/20。
3）計(jì)算時(shí)，塔架不帶機(jī)艙豎立期間的計(jì)算時(shí)間由制造商確定,并在計(jì)算中予以考慮.僅當(dāng)該計(jì)算時(shí)間超過1周時(shí)才考慮損傷。對(duì)于計(jì)算時(shí)間大于1周的情況,在計(jì)算剪力和彎矩時(shí),風(fēng)速取值不應(yīng)大于臨界風(fēng)速的90%.必要時(shí)采取適當(dāng)措施減弱橫向振動(dòng)。
4）若計(jì)算運(yùn)行狀態(tài)損傷時(shí)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(jì)算運(yùn)行狀態(tài)損傷時(shí)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(jì)算渦激載荷與發(fā)生次數(shù)
DIN1055-4標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)計(jì)算渦激載荷及發(fā)生次數(shù)所用的輸入?yún)?shù),計(jì)算方法等都極為詳盡,在此只著重提出2點(diǎn),見下。
1）臨界風(fēng)速對(duì)應(yīng)的最大振幅和渦激作用長(zhǎng)度(見Figure 3.1)之間存在迭代求解,對(duì)于臨界風(fēng)速不太大的情況,適當(dāng)選擇”最大振幅/塔架計(jì)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(duì)錐形殼體的渦激作用長(zhǎng)度范圍內(nèi)等效直徑的計(jì)算方法,由于塔架在整個(gè)高度范圍內(nèi)厚度和直徑均不為常數(shù),計(jì)算時(shí)采用的塔架直徑和塔架離散化對(duì)結(jié)果影響有多大?
針對(duì)第2點(diǎn),進(jìn)行以下算例分析。
Figure 3.1 懸臂結(jié)構(gòu)形式的渦激作用長(zhǎng)度示意
4. 算例分析
計(jì)算某風(fēng)場(chǎng)條件下某型塔架(塔高82.5m)因風(fēng)致橫向振動(dòng)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(zhǎng)度范圍內(nèi)的直徑連續(xù)變化,為考慮塔架計(jì)算直徑和離散段數(shù)對(duì)計(jì)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(zhǎng)度起始處)處直徑約為3.1m;
Table 4.1 塔架計(jì)算算例設(shè)置
采用我公司自主開發(fā)的軟件計(jì)算算例1，可得塔架塔底剪力和彎矩隨塔架計(jì)算直徑的變化趨勢(shì)，見Figure 4.1、4.2。
Figure 4.1 塔底剪力隨塔架計(jì)算直徑的變化趨勢(shì)
Figure 4.2 塔底彎矩隨塔架計(jì)算直徑的變化趨勢(shì)
可見,塔架計(jì)算直徑對(duì)載荷影響很大。保守考慮，建議取渦激作用長(zhǎng)度范圍內(nèi)的最大直徑。
采用我公司自主開發(fā)的軟件計(jì)算算例2、3，可得不同離散狀態(tài)對(duì)塔架載荷影響，見Figure 4.3、4.4。
Figure 4.3 不同離散狀態(tài)對(duì)塔架各截面剪力的影響
Figure 4.4 不同離散狀態(tài)對(duì)塔架各截面彎矩的影響
可見，塔架離散狀態(tài)對(duì)各截面剪力影響較大，彎矩影響不大。但按1m離散時(shí)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(shí)應(yīng)考慮足夠的離散段數(shù)。
