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1. 概述
作为风机上的重要支撑部件,塔架的性能尤为重要。根据GL2010要求,除了规范规定的各种外部环境条件下的载荷外,还要计算塔架在风场安装期间及风机安装后静止期间风致横向振动对塔架的影响。
2. GL规范要求
根据第6.6.5.3节风致横向振动的要求,由风向垂直方向上的涡激振动在塔架上(截面为圆形或类似圆形)引起的载荷,可以参考标准DIN1055-4计算。
根据6.6.6.1.5 风致横向振动的要求,涡激载荷对塔架性能的影响表现为:
1）始终考虑风致横向振动对塔架产生的损伤，由两部分组成,塔架带机舱静止期间损伤和塔架不带机舱竖立期间损伤。
2）计算时，塔架带机舱静止期间的计算时间取设计寿命的1/20。
3）计算时，塔架不带机舱竖立期间的计算时间由制造商确定,并在计算中予以考虑.仅当该计算时间超过1周时才考虑损伤。对于计算时间大于1周的情况,在计算剪力和弯矩时,风速取值不应大于临界风速的90%.必要时采取适当措施减弱横向振动。
4）若计算运行状态损伤时假定风向在整体作用期间内保持不变,则不必与累积。
5）若计算运行状态损伤时考虑风向分布,则应与累积。在此考虑最不利情况.塔架综合损伤D为：
3. DIN1055-4计算涡激载荷与发生次数
DIN1055-4标准中有关计算涡激载荷及发生次数所用的输入参数,计算方法等都极为详尽,在此只着重提出2点,见下。
1）临界风速对应的最大振幅和涡激作用长度(见Figure 3.1)之间存在迭代求解,对于临界风速不太大的情况,适当选择”最大振幅/塔架计算直径”的初值(小于0.1),一般2步即可收敛。
2）标准中未明确提出针对锥形壳体的涡激作用长度范围内等效直径的计算方法,由于塔架在整个高度范围内厚度和直径均不为常数,计算时采用的塔架直径和塔架离散化对结果影响有多大?
针对第2点,进行以下算例分析。
Figure 3.1 悬臂结构形式的涡激作用长度示意
4. 算例分析
计算某风场条件下某型塔架(塔高82.5m)因风致横向振动引起的载荷。
由于塔架一般为锥形,由不同厚度段组成,且涡激作用长度范围内的直径连续变化,为考虑塔架计算直径和离散段数对计算结果的影响,设置算例见Table 4.1。
塔架塔顶直径为2.7m,塔顶以下2.7*6=16.2m(估算为涡激作用长度起始处)处直径约为3.1m;
Table 4.1 塔架计算算例设置
采用我公司自主开发的软件计算算例1，可得塔架塔底剪力和弯矩随塔架计算直径的变化趋势，见Figure 4.1、4.2。
Figure 4.1 塔底剪力随塔架计算直径的变化趋势
Figure 4.2 塔底弯矩随塔架计算直径的变化趋势
可见,塔架计算直径对载荷影响很大。保守考虑，建议取涡激作用长度范围内的最大直径。
采用我公司自主开发的软件计算算例2、3，可得不同离散状态对塔架载荷影响，见Figure 4.3、4.4。
Figure 4.3 不同离散状态对塔架各截面剪力的影响
Figure 4.4 不同离散状态对塔架各截面弯矩的影响
可见，塔架离散状态对各截面剪力影响较大，弯矩影响不大。但按1m离散时塔架各截面的剪力和弯矩分布更为连续。故建议在塔架离散时应考虑足够的离散段数。
