构架式风电塔塔柱法兰抗疲劳性能影响因素研究

以4.5MW机组、轮毂高度为160 m的构架式风电塔为例,基于ABAQUS有限元分析软件对塔柱法兰的抗疲劳性能进行参数化分析。阐述了构架式风电塔塔柱法兰抗疲劳性能影响因素,具体包括法兰板厚度、法兰倒角尺寸及塔柱预应力。分析结果表明,较大的法兰板厚度与适中的法兰倒角尺寸,可有效降低法兰节点各部位在疲劳荷载下的应力幅,提高法兰节点整体抗疲劳性能;塔柱预应力在提高法兰节点整体抗疲劳性能方面也能发挥有利作用。

160m桁架式预应力钢管风电塔塔柱法兰节点抗疲劳性能研究

在低风速地区,风电机组大型化并提升轮毂高度是获取更高效、稳定风资源的有效手段,桁架式钢管风电塔是一种新型的组合式高风塔,利用钢绞线对塔柱施加预压力以提高塔柱节点抗疲劳性能。分析一2.5MW机组、轮毂高度为160m的桁架式预应力钢管风电塔塔柱法兰连接节点的抗疲劳性能,该节点法兰为锻造高颈法兰,根据有限元分析及疲劳荷载Markov矩阵,采用名义应力法计算法兰螺栓、热点应力法计算法兰颈部对接焊缝焊趾处损伤累计值。分析结果表明锻造高颈法兰高强螺栓及法兰颈部对接焊缝焊趾处应力变化均存在非线性特征;塔柱预压力可降低塔柱在疲劳循环荷载下的平均应力,抑制法兰板张开,提升节点抗疲劳性能。

构架式预应力抗疲劳钢管风电塔抗疲劳设计方法

风电机组大型化逐渐成为我国中东部、南部等低风速区风电塔的发展趋势。单机容量大型化带来的机头极限荷载和疲劳荷载的提升,给传统风电单管式钢塔筒支撑结构的设计、制造和运输带来了巨大挑战。为解决此问题,提出了一种构架式预应力抗疲劳钢管风电塔,在降低支撑结构用钢量、提升结构刚度避免共振的同时,通过在塔柱钢管内张拉预应力钢绞线的方式,降低塔柱焊接节点所受疲劳外荷载应力幅的平均应力,从而延长其疲劳寿命,并改善疲劳脆性破坏特性。基于上述预应力抗疲劳构架塔概念,通过整理总结相关规范和标准的规定以及文献研究结论,论证了降低平均应力对延长具有低值残余应力的焊接节点疲劳寿命的可行性,并提出了一种预应力抗疲劳设计方法。最后,以某地拟建的160 m构架式预应力抗疲劳钢管风电塔为例,展示了其预应力抗疲劳设计的全过程。结果表明,相比于单纯增大构件截面积来抵抗疲劳,预应力抗疲劳设计具有更好的经济性和安全性。