风力发电机组塔筒结构分析研究
摘 要
塔筒是风电机组的重要承重部件，随着风电机组功率的增大，塔筒的结构尺寸也在增大，质量约占风电机组总量的50%，制造成本约占总量的15%。由于近年来风电机组倒塔事故频发，塔筒结构强度也备受关注，塔筒结构分析研究对风电机组的可靠性和安全性有重要影响。
目前国内对塔筒的分析方法大多通过购买国外技术资料进行反求，研究内容仅限于静强度、模态和部分细节分析等，且研究方法较粗略。
论文以大型风电机组塔筒为研究对象，基于德国劳埃德船级社规范，对塔筒结构有限元分析的传统方法进行了深入研究，参照欧洲规范(Euro code)总结了横向振动的简化计算方法，主要研究内容如下：
① 对塔筒静强度进行分析。研究了风电机组塔筒设计方法和载荷计算方法，分别用实体单元和壳单元建立塔筒有限元模型，选取部分特征载荷工况，校核塔筒结构强度是否满足要求，并对比分析了计算结果。根据分析结果对塔筒结构进行优化设计。
② 对塔顶法兰进行细节分析。由于塔顶的偏航轴承有内外圈和滚子，传递载荷时由于部件局部变形导致载荷的分布状态呈非线性，论文从是否考虑载荷非线性传递的角度进行建模，综合采用接触分析法和螺栓预紧力的模拟加载法，并引入刚性面和 gap 单元建立塔顶法兰静强度分析有限元模型，并就所建立的多种有限元模型的分析结果进行对比。其中用 gap 单元和用刚性面模拟轴承滚子的方法为工程结构分析提供了新思路。
③ 对塔筒固有频率进行分析。基于模态分析基本理论建立了塔筒振动方程，分别用壳单元和梁单元建立有限元模型并对计算结果进行对比分析，参照塔筒振动方程解耦结果，分析了塔筒门洞和地基对塔筒固有频率的影响。
④ 参考欧洲规范提出了一种新的塔筒横向振动分析方法。研究了无机舱塔筒和带机舱塔筒因横振引起的损伤，并分析了导致两种损伤差异性的原因，基于这些原因为工程设计提供参考建议。
关键词：风电机组，塔筒，有限元法，gap单元，横向振动
附件：
