动态风向变化下风力机叶片和塔架应力及功率特性分析

风向变化显著影响风力机气动载荷分布,从而影响风力机稳定高效的运行,而气动载荷是风力机结构应力和功率变化主要影响因素之一。该文以S翼型三叶片水平轴风力机为研究对象,在旋转平台上进行风洞实验,对不同风向变化速度(0.5°、1°、1.5°、2°/s)下风力机叶片和塔架的应力以及风力机功率特性进行分析。结果表明:风向变化速度为0.5°/s时,在风向由0°变化到30°时,叶片弦向和展向应力值和风力机功率下降幅度最大;在风向由0°变化到20°时,叶片应力值和功率下降较为缓慢,风向变化结束后,风力机应力与功率会进一步减小;风向变化角度在0°~20°范围内,受叶片转速和气动载荷下降速度与风向变化耦合作用的影响,塔架应力值出现较大波动,并随风向变化速度的增加,波动出现的区间从15°~20°提前到0°~5°;风向变化结束后,叶片转速持续下降,造成塔架应力仍有不同程度的波动。结果可为考虑风向变化下运行的风力机结构设计提供一定理论依据。

基于激光点云的电力杆塔倾斜角度计算方法

本文旨在提出一种基于无人机激光点云数据的电力杆塔倾斜角度自动精准计算方法,用于解决电力杆塔人工巡检验收环节中倾斜度计算效率低下、过程繁琐、难度较高的问题。本方法利用无人机激光雷达获取复杂环境下的电力杆塔点云,采用分层密度统计与塔身结构提取方法,生成电力杆塔中轴方向线,并计算其与杆塔所处位置铅垂线的夹角,得到电力杆塔倾斜角度。为验证本方法的有效性,选取了不同地点4个待验收的杆塔进行实验,通过模拟仿真与影响因素分析,探索了电力杆塔倾斜角度计算的精度。结果表明,本方法对电力杆塔倾斜角度计算的平均绝对误差为0.017 4?,验证了其在电力杆塔人工巡检验收环节中倾斜度计算的有效性与可靠性。

基于差分进化的塔式太阳能定日镜场布局优化

为提高塔式太阳能的辐射反射效率和发电性能,需要对定日镜场进行布局优化。采用日平均年光学效率的方法,计算分析定日镜年均余弦效率、大气衰减效率、截断效率及最大光学效率,为后续定日镜场的布置及优化提供评价指标。以西班牙Gemasolar塔式电站为例,采用密集campo的布置方法进行镜场初始化,验证了布置方法的高光学效率和高可靠性。采用差分进化算法对镜场进行优化,镜场年均综合效率由56.99%提高至59.03%,提升了3.58%,验证了该方法的有效性。

凉水塔变形监测与基坑敏感因子灰色关联分析

基坑开挖容易引起临近电厂凉水塔变形,是深基坑工程面临的主要难题之一。本文实地监测深基坑开挖对附近电厂凉水塔的影响,统计了基坑开挖过程中凉水塔地表垂直和水平位移、结构变形等参数。依托某实际工程,研究基坑开挖引起凉水塔变形预测方法,建立凉水塔地表垂直位移灰色预测模型。采用灰色关联分析确定基坑各敏感因素对凉水塔变形的影响程度,由大到小依次为:基坑与建筑物间距、土体弹性模量、围护结构厚度、土体内摩擦角、土体粘聚力。通过开展凉水塔变形监测与相关研究工作,相关研究理论能够为类似深基坑工程提供参考。

基于BIM技术的塔式光热电站建设过程应用

光热电站凭借其可储热、可调峰、可连续发电的优点,逐渐成为可再生能源领域的研究热点,但其建设过程涉及专业庞杂,建设内容多,项目实施过程存在时间紧,施工过程要求高,项目安全管理风险大等问题。基于此,基于BIM技术,以青海共和塔式光热发电项目为例,从BIM模型建设、碰撞检查、三维会审、工作量统计、4D进度管理、物料可视化管理、安全管控以及全过程数字化移交等方面对BIM技术在塔式光热电站建设过程进行了应用探索。结果表明:通过BIM多平台建模设计,打破了不同模型数据互通壁垒,实现了模型轻量化总装,提高了项目质量,可为光热电站项目高质量施工提供借鉴。

集成塔式太阳能的新型超临界压缩二氧化碳储能系统性能分析

随着可再生能源快速发展,储能技术在实现可再生能源大规模并网中起着至关重要的作用。与压缩空气储能系统相比,压缩超临界二氧化碳储能系统具有体积小、储能密度高的优势。该文提出集成塔式太阳能的简单回热压缩循环和再压缩循环的两种超临界压缩二氧化碳储能(supercritical compressed carbon dioxide energy storage,SC-CCES)系统,并进行热力学分析和经济性分析。相较于集成塔式太阳能的SC-CCES参比系统,集成塔式太阳能的简单回热压缩和再压缩循环SC-CCES系统更有利于提高太阳能利用率,其光电转换效率分别为23.56%和28.77%,分别比参比系统高出2.63%和7.84%。提高储能压力和释能压力都可以有效提高系统的能量效率、光电转换效率、㶲效率和单位体积储存能量。此外,集成塔式太阳能的再压缩SC-CCES系统具有较好的经济性能,动态投资回收年限约6到7年,20年净现值(net present value,NPV)为23456.16×10^(3)美元,比耦合简单回热压缩系统高7956.69×10^(3)美元,内部收益率(internal rate of return,IRR)为17.55%。

基于改进粒子群算法的定日镜场优化设计模型

定日镜场是塔式光热电站的重要子系统.定日镜的优化布置问题是塔式光热电站建设需要解决的关键问题.以塔式光热电站的定日镜场为研究对象,建立阴影遮挡效率模型、余弦效率模型、截断效率模型以及大气透射率模型,得出定日镜场的光学效率.以镜场年平均输出热功率作为目标函数,建立非线性规划模型,用基于同心圆的粒子群算法进行圆形定日镜场的参数设计及优化求解.通过迭代寻优,找到年平均输出热功率最大时即可找到粒子的特征因子的最优解.

台风灾害输电线路杆塔脆弱性与风险评估:以浙江省为例

台风大风可导致输电线路杆塔断裂倒塌等事故,影响电力系统运行安全,因而台风灾害输电线路杆塔风险评估具有重要意义。以浙江省全域杆塔为例,基于杆塔属性、地理信息及台风灾情资料,提出了一种基于“超额损失”的针对连续型和离散型变量的输电线路台风灾害杆塔脆弱性评估模型;利用68 a台风参数风场再分析数据,基于极值理论,建立了台风大风危险性评估模型;基于区域灾害系统理论,通过台风大风、杆塔脆弱性之间耦合分析,建立了台风输电线路杆塔风险评估模型。结果显示:台风大风危险性呈从东南向西北递减态势,随重现期增大呈非线性增大趋势,以20和100 a一遇极大风速为例,浙江省全域风速强度分别为23.5~50.9和32.6~68.9 m/s;台风影响下的杆塔综合脆弱性总体呈南高北低且与地形联系紧密的分布态势,脆弱性高值(>1)区域主要在浙中南和沿海地区;输电线路杆塔风险总体呈南高北低、沿海高内陆低的特点,局部差异性较大。应根据具体线路特点采取差异性较大的抗风策略。

基于主材防屈曲的输电塔新型抗风加固方法研究

输电塔属于高柔结构,风致响应敏感。主材角钢作为输电塔的主要构件,其承载能力特别是受压抗失稳能力是影响输电塔抗风性能的主要因素。以提高主材角钢受压状态下的防屈曲能力为目的,兼顾考虑降低开螺栓孔对原主材的损伤,提出一种新型加固方法。并通过对6个足尺角钢构件进行加载试验,检验该新型方案的加固效果;分析不同加固参数对提升主材性能的影响;采用有限元方法对试验进行数值模拟,确立合理的有限元建模方法,为输电塔整塔加固方案设计提供依据。结果表明:该方案能够大幅提高构件的抗压承载力,并有效改善构件的延性;端部螺栓数目对加固效果影响明显;确定了抱箍间距的合理取值;拼接副主材的应力滞后对加固效果基本没有影响。

风电塔筒用C80高性能混凝土配合比设计研究

本文以天津地区某混凝土塔筒工程实例为依托,对C80截锥状塔筒用混凝土的配合比进行优化设计,研究水胶比和砂率对混凝土工作性能、力学性能及表观效果的影响。综合各项性能测试结果表明:当C80截锥状塔筒用混凝土的水胶比为0.22,砂率为32%时,混凝土的工作性能、力学性能较优,且能够满足工程实际需求,可为该类现场预制塔筒构件用高强高性能混凝土的配合比设计提供技术参考。

基站共享电力铁塔防雷与接地安全评估研究

在电力杆塔上搭建5G基站是实现资源整合的有效途径,然而电力系统和通信系统在电压等级、系统负荷等方面相差甚远,必须兼顾二者要求进行综合性研究。基于220 kV电力铁塔和通信机房结构,建立了共享铁塔仿真模型,并通过分析计算不同雷电流、不同大地电阻率和不同间距下观测点的地电位升,得出重要结论:为保证雷击铁塔时机房内多种线缆不被击穿,通信机房和电力铁塔地网必须采用联合接地方式,并针对原有接地方式提出了改进意见。

风电塔筒外壁爬壁机器人结构设计

以风电塔筒外壁运维检测机器人为研究对象,设计了一款可适应风电塔筒外壁曲面的爬壁机器人。针对机器人所处的工作环境,设计了机器人的整体结构布局,计算并验证了机器人所用驱动气缸的参数。根据机器人的整体结构布局,详细介绍了机器人的转向运动原理。最后对机器人的曲面适应性进行了计算分析,验证了机器人的曲面适应性,证明了结构设计的合理性。

启发式快速探索随机树的电力杆塔三维航线规划研究

为了完成对电力杆塔运行状态的有效监测与故障诊断,要求无人机规划最优三维航线。文章基于快速探索随机树(rapidly exploring random trees,RRT)算法,提出一种启发策略的无碰撞三维航线规划方法,该方法集成启发式搜索策略进行代价函数设计,加速算法收敛,确保航线最优。在仿真环境与实际场景下的实验结果表明,同传统的RRT与改进的RRT*算法相比,本方法针对电力杆塔所规划的无碰撞三维航线,具有稳定可靠的最短路径长度,能够满足智能监测的应用需求。

基于知识图谱的电力杆塔主要构件识别方法研究

电力杆塔主要构件的图像识别是无人机巡检的主要内容,准确识别杆塔构件对保障电网运行具有重要价值。为此,提出一种基于深度学习和知识图谱的电力杆塔主要构件识别方法。首先,建立不同构件类型的拓扑关系,形成杆塔空间知识图谱;其次,设计语义关系推理模型,融合构件语义特征与拓扑关系,得到增强特征;最后,拼接增强特征与原始特征,实现特征融合。实验表明:在未架线电力杆塔多目标识别方面,所提方法比Reasoning-RCNN、Cascade-RCNN及Faster-RCNN的识别效果好,能够精准识别杆塔主要构件,对无人机电力巡检具有参考价值。

无人机载智能塔基定位放样方法研究

电网工程架空线路塔杆放样多在复杂山区进行,传统基于经纬仪、全站仪和手持差分卫星定位等设备的放样方式劳动强度大、耗时长且数据易出错。提出了一种无人机载智能塔基定位的放样方法,该方法以无人机、激光投点器为硬件基础,研究开发智能放样软件。将电网工程架空线路上各塔杆中心桩坐标输入智能放样软件平台,可实时计算各塔杆20个放样点的平面坐标,并根据DEM模型、地表树木、交通线路及其他障碍物分布状况自动规划无人机放样航线、调整航高,在各放样点上方悬停后进行激光投点,高效引导地表人员快速确定放样点位。经过多轮测试,结果表明:采用无人机载智能塔基定位放样系统可快速、高精度完成输电线路塔杆放样,大幅降低了传统放样方式中放样点布设的次数与时长,为电网施工放样提供了有效支撑。

海上风电塔筒钢构防腐蚀涂料耐循环老化性能研究

本文基于标准ISO12944-9:2018附录B循环老化试验方法对四家厂家生产的涂层板进行试验,结果表明以海洋飞溅区中SigmaZinc 109G+Sigmcover 410+PSX 700 RAL9003的底漆+中间漆+面漆的涂层体系最优,以海洋大气区中环氧玻璃鳞片+环氧玻璃鳞片+氟碳的底漆+中间漆+面漆的涂层体系最优,为海上风电塔筒的选材具有参考意义。

沿海地区超强台风作用下核电塔机抗风性能分析

基于GB/T 13752—2017《塔式起重机设计规范》确定了超强台风作用下QTP300(7526B)型核电塔机的风荷载及其荷载组合方式,并考虑风荷载的不同加载方式(立面加载和平面加载),对核电塔机非工作状态下的抗风性能进行了有限元静力分析。结果表明:与将风荷载分配到有限元模型的所有节点上相比,选取指定节点施加风荷载所得到的结果更大,表明在风荷载应加载到所有立面节点上;迎风面构件对背风面构件的挡风作用对塔机结构的应力分布及最大应力均无显著影响,而塔机结构的最大位移则随挡风作用的增强而增大,表明风荷载加载应考虑迎风面构件的挡风作用;塔机整机结构最大应力出现在底部主肢构件上,其大小均小于钢材的允许应力,该型号核电塔机可以承受17级超强台风作用。

基于计算机视觉的输电塔位移监测ROI关键点法

为了实现输电塔远距离位移监测,同时满足低成本、无接触、易实施及精确度高等要求,结合输电塔的内轮廓特征和计算机视觉位移识别技术,提出感兴趣区域(region of interest,简称ROI)关键点法。首先,利用N近邻最小能量法进行ROI轮廓搜索提取,并与Harris角点检测算法相结合;其次,通过输电塔台架实验与灰度模板匹配法相比,ROI关键点法位移识别结果的平均误差、均方根误差分别降低了56%和45%,绝对误差小于5 mm和10 mm的准确率提高了61%和3%,计算效率提高了11倍,稳定性及抗噪性能较高;最后,在实验塔对比验证中,ROI关键点法的位移测量值与实际位移的差值百分比在0.0%~11.1%之间。结果表明,ROI关键点法在输电塔结构位移监测中具有较高的准确率、精细度、计算效率、稳定性及鲁棒性。

干式连接装配式风电混塔非线性特征研究

为探究干式连接装配式风电混塔在复杂耦合载荷作用下的非线性行为特征,利用ANSYS和ABAQUS两种软件分别建立涵盖风电机组基础、混凝土塔筒、钢混过渡段、钢绞线、钢塔筒、风电机组的一体化有限元模型,采用风电机组厂家提供的截面载荷进行静力加载分析,验证两种有限元模型计算结果的正确性。在此基础上,分别针对塔架结构的边界非线性、材料非线性、几何非线性行为特征开展系统研究,分析拼缝接触状态、混凝土塑性损伤模型、几何大变形对于塔架承载能力以及变形能力的影响。研究表明:干式连接混塔在极限大弯矩作用下,塔架迎风侧水平接缝会出现脱开等现象,从而让竖向接缝有空间进行切向滑动,导致上下管片相互挤压,管片出现大范围的应力集中现象,开启几何大变形后挤压现象更为明显;当管片应力超过混凝土抗拉强度后,混凝土发生开裂,钢筋发挥作用,协同受力,混凝土进行应力重分布,保障了塔架在极限荷载作用下的整体承载力和稳定性。

负温下风电混塔拼接胶的抗流挂性能和可工作时间研究

总结了结构拼接胶的研究现状,对比了现有相关标准对结构拼接胶的技术要求差异,研究了负温(-5℃)环境下4种风电混塔结构用拼接胶的抗流挂性能和可工作时间。结果表明:4种结构拼接胶在负温环境下的抗流挂性能均较好,可工作时间与流挂长度成正比关系;当环境温度高于结构拼接胶的适用温度时,会加快固化速率,缩短可工作时间,容易导致节段拼接性能有所损失甚至失效;当环境温度低于结构拼接胶的适用温度时,会减缓固化速率甚至不固化,影响施工进程,也易使节段发生硬接触而破坏;应结合风电混塔的实际施工环境条件选用合适的结构拼接胶。