2、固有频率及后期监测反馈
由于此处有限元计算为停机状态下的风电塔,虽然固有频率是只与结构质量、阻尼和刚度有关的量,体现结构自身特性,由于桨叶旋转过程中存在的轴向惯性力使得桨叶刚度增大,造成频率增大;但又由于桨叶旋转与其变形的耦合将导致其刚度的弱化,综合二者因素,频率从数值来看基本接近,桨叶的旋转刚化效应对风力发电塔系统虽有影响,但是影响不大,因此可以将算出的停机阶段的固有频率与实际监测分析获得的塔体固有频率进行直接对比,不需要知道塔体处于什么运行阶段,这将会简化之后的工作。
在风电机组基础实施后,在风电机组基础平台以及塔架不同高度设置了倾角计、加速度传感器以及应变计等,通过监测及剔除“噪声”后的分析,对其中两台风电机组基础的监测结果如图6 和图7。
通过对有限元模拟与实际选取的两台典型机位监测结果( 表3) 进行的对比看,二者非常接近。
考虑到实际工程的频率监测中“噪声”处理难度较大,获取的整机自振频率值与实际难免存在偏差,而结构模拟存在诸多的边界条件及简化处理,因此存在误差是必然的。
经实际工程中计算模拟与监测看,二者差异很小,与选取的“典型”机位有关系,并不完全反应实际的频率差异,但可以说明的是,模拟与监测的自振频率总体上在较为接近的水平,整机自振频率在0.31Hz - 0.34Hz 的范围。
结语
本文利用大型有限元软件ANSYS 进行计算,得到塔体固有频率、振型、变形和应力分布,分析结果可用于结构监测系统的设计,通过后期监测反馈与对比,说明本文所述的模拟方法基本可行、可信,可为类似工程提供参考。
此外,鉴于海上风电场的风电机组支撑结构属于柔性或半柔性设计,整机自振频率分析与监测的准确性至关重要,建议在开展监测前做好充分的模拟分析,对于桩式基础应考虑约束条件的模拟、结构刚度、水动力及土壤阻尼等因素,而在监测时应着重研究各种海洋环境以及风电机组运行造成的“噪声”影响,科学合理地“剔噪”,以获得更准确的自振频率值。