风电机组塔筒内壁除锈机器人的设计

针对海上风电机组塔筒内部环境长期潮湿闷热以及盐雾腐蚀导致的锈蚀问题,本文设计一款智能化的塔筒内壁除锈机器人。该机器人集成了远程控制系统、移动机组、锈斑检测系统、打磨系统和喷涂系统,进行全自动化锈斑检测、打磨和防锈喷涂,提高效率,降低运维成本。其具备远程监控和操控功能,可保障操作安全和准确性。海上风电机组塔筒除锈检测机器人是一款集智能化、高效性和安全性于一体的新能源运维产品,为海上风电机组的长期稳定运行提供有力保障。

160m钢混塔筒安装技术

本文结合施工场地的情况,对风电机组钢混塔筒的安装技术进行了研究分析,介绍了钢混塔筒施工前准备、混凝土塔筒预制、塔筒片拼接、吊装安装、钢绞线预应力张拉、钢塔段安装全套的施工工艺和施工过程中的控制措施。此施工工艺提高了钢混塔筒的施工质量、缩短了施工工期、降低了施工过程中风险,可为国内同类工程提供参考。

基于APDL风机塔筒MTMD系统参数敏感性分析

为了研究MTMD(多重调谐质量阻尼器)对风机塔筒振动控制时,各参数对振动控制效果的影响,基于ANSYS参数化设计语言(APDL)进行MTMD系统参数敏感性分析。首先在风机塔筒有限元模型的基础上,进行MTMD-塔筒耦合模型的建立,对塔筒进行谐响应分析,得到塔筒塔顶质量点位移频谱图。基于APDL改变TMD(调谐质量阻尼器)参数,进行“再建模-再分析”,以塔筒塔顶位移峰值为评价指标,对各参数进行敏感性分析。研究结果表明:单TMD系统减振效果随质量比、阻尼比增大而增大,且在频率比接近1时,减振效果达到最优;在MTMD在质量、刚度、阻尼参数发生偏移时,减振效果随TMD个数的增加而减弱,参数敏感性增强。

超大型海上风电机组塔筒产业化制造及成套海运关键技术

一、成果研究背景海上风电作为我国可再生能源发展的重点领域,“十四五”期间将进入新发展期。海上风电场正从近海浅水区向深水区发展,单机兆瓦数不断增加,导致风电塔筒形体尺寸、板厚、单体重量等参数也不断增大,风电塔筒作为风力发电机组的基础支座,其安全平稳运行尤为重要。

海上漂浮式风电机组塔筒优化方法研究

为适应复杂多变的海上环境,高效利用风资源、减少用钢成本,开展漂浮式风电机组塔筒的结构优化设计。以船载风电机组为研究对象,引入漂浮式基础的动态响应,作为影响塔筒弯曲变形的重要约束条件。在保证风电机组稳定功率输出的前提下,以质量最轻为优化目标,以塔筒构造要求和规范为基本约束条件,建立漂浮式基础风电机组塔筒的数值优化模型,并利用遗传算法完成了模型优化。结果显示,在保证风电机组稳定性和正常功率输出要求下,塔筒的质量降低了35%,刚度提高了25%。

考虑P-Δ效应的钢-混凝土混合塔筒动力响应分析

为了提高风电机组钢-混凝土混合塔筒动力响应的分析效率,将风电机组钢-混凝土混合塔筒视为自由端有集中质量的欧拉-伯努利悬臂梁,提出了动力响应的高效分析方法.该方法考虑了重力二阶效应(P-Δ效应)对整体结构的动力响应,以及钢材与混凝土对结构整体阻尼比的影响.通过与基于ABAQUS的有限元模拟结果进行对比,验证了所提出分析方法的有效性,并研究了P-Δ效应对整体动力响应的影响程度.对比结果表明:与忽略P-Δ效应相比,考虑P-Δ效应时理论分析结果更接近于有限元分析结果;理论分析结果与有限元分析结果关于位移、速度和加速度均方根的最大相对误差分别为3.09%、3.81%、4.63%.这表明所建立的风电机组钢-混凝土混合塔筒动力响应分析模型具有与有限元分析相当的计算精度.

矩形钢管混凝土束风机塔筒风振特性研究

随着风电资源优势区开发逐渐饱和,风电开发的重心开始向风资源条件相对恶劣的低风速地区转移,分布式、大功率、高塔筒和长叶片已经成为风电行业发展趋势。基于此提出了一种新型的矩形钢管混凝土束风机塔筒,该塔筒由矩形钢管混凝土束拼接而成,具有强度高、刚度大和耗能能力强的优点。为研究该塔筒结构的风振响应特性,选用Kaimal脉动风速功率谱,采用谐波合成法模拟风荷载时程曲线,对其进行了动力时程分析,并计算了风振系数及等效静力风荷载。结果表明:该新型塔筒在额定风速下位移塔顶位移最大值为911.84 mm,对应的水平位移角为1/154,符合规范要求。塔筒各构件的强度较好,且具有较大的安全富余度。基于位移等效的阵风荷载因子法计算得到的风振系数值较低;在惯性风荷载法计算得到的等效静力风荷载作用下,结构位移、基底剪力与结构随机振动分析得到的基本一致。

不同风速对单桩式海上风电机组塔筒动态特性的影响

基于ANSYS有限元软件对NREL 5 MW单桩式海上风电机组塔筒系统进行三维实体建模,在考虑土构耦合与叶轮旋转作用下,模拟分析不同风速对塔筒结构动态响应特性的影响。选取机组切入风速3 m/s与切出风速25 m/s区间内6种平均风速及与之对应的叶轮转速作为模拟工况,分析结果表明:随着风速和叶轮转速的增加,塔筒结构的模态频率逐渐增大,前两阶模态频率变化最为明显;塔筒位移量峰值增大,但增幅减小,位移量呈非线性增长趋势;塔筒等效应力值随之增大,但变化趋势与位移量不同,大致为线性增长;塔筒疲劳寿命急剧下降,但都远超实际工作时长,疲劳损伤与安全系数危险值主要分布在塔筒底部与单桩处,与最大等效应力分布位置吻合。

矩形钢管混凝土束剪力墙风机塔筒L型连接节点力学性能研究

针对目前风机塔筒结构发展受限于结构高度与安装效率的问题,本文提出了一种L型螺栓连接的矩形钢管混凝土束剪力墙风机塔筒,并且针对螺栓关键连接区域进行了力学性能研究。最后通过有限元建模的方法对塔筒单片矩形钢管混凝土束剪力墙在面外以及面内荷载下的性能表现进行了分析,并且给出了相关设计建议。研究结果表明塔筒螺栓连接区域在单轴拉伸下的破坏模式为连接板弯曲变形以及螺栓拉断。塔筒单片剪力墙的面内初始刚度及承载力要显著高于面外。综合考虑剪力墙力学性能的提升效率以及剪力墙各部件的应力分布状态,建议当螺栓直径为20 mm时,连接板厚度不应大于螺栓直径;建议当连接板厚取20 mm时,螺栓直径取其1.2倍。

塔筒安装条件下法兰盘受力变形分析研究

法兰盘是塔筒的重要部件,起到连接风机塔筒的作用。塔筒翻身吊装施工过程中,法兰盘及螺栓孔容易发生损伤变形,导致螺栓连接失效,严重影响塔筒的安全稳定性。因此,研究吊装条件下塔筒法兰盘的受力变形特征有着重要意义。采用有限元数值分析软件,对吊装条件下法兰盘及螺孔受力及变形特征进行分析研究,结果表明:塔筒吊装翻身过程中,当塔筒处于水平状态下法兰盘螺孔变形最大;法兰盘螺孔最大变形随法兰盘厚度增大而减小,随塔筒壁厚以及长度增大而增大。基于敏感性分析数据,提出了基于非线性拟合方法的法兰盘螺孔最大变形预测公式,平均误差仅为6.79%,可以为吊装条件下法兰盘螺孔最大变形预测提供有效的理论支持。

风电钢混塔筒健康在线监测系统

为了满足风力发电场对风电塔筒健康管理以及健康数据融入系统控制的需求,结合风电领域中的钢混塔筒提出了一种风电钢混塔筒健康在线监测系统,对总体方案、硬件架构、软件功能、传感器类型及安装部署进行论证,并在现场进行测试和可行性验证。该监测系统能够掌握预应力索索力、基础不均匀沉降、运行姿态、应力应变、振动、螺栓健康、接地干线电阻以及安全防护设备等实时运行数据,为风电钢混塔筒的健康运行和塔筒内工作人员的生命安全提供了有力的保障,获得的数据也将为塔筒制造方对其后续产品优化设计提供重要依据。

风电混凝土塔筒结构缺陷及加固修复技术研究

表述了风电混凝土塔筒现有的缺陷并分析了缺陷产生的原因;针对混凝土塔筒的结构缺陷,采用理论计算及有限元分析的方法,对存在缺陷的混凝土塔筒结构进行性能评估,并判断截面削弱后的混凝土塔筒承载力及强度是否满足原设计要求;针对压溃崩边问题提供了相应的混凝土塔筒加固修复方法,并计算了加固前、后混凝土塔筒结构的承载力。结果表明:加注结构胶并包覆碳纤维的加固方法能够修复截面受力面积、改善结构的受力状态。

基于改进黑寡妇算法的海上风机塔筒生产线布局优化

为减少海上风机塔筒生产车间的物资搬运距离并提高搬运效率,降低生产车间的物流成本,分析塔筒生产线的特点和存在的问题,包括生产工位配置不合理、物流繁琐等,提出一种基于改进黑寡妇算法的生产线布局优化方法,旨在通过最佳的生产工位配置和物流规划,实现生产线的高效运转。将新方法与遗传算法、和声算法以及原始黑寡妇优化算法等进行对比试验,结果表明,所提出的布局优化方法能够显著提高海上风机塔筒生产线的生产效率并降低物流成本,对促进海上风机生产效能的提升具有一定的指导意义。

搭载式风电塔筒缺陷诊断监测设备设计

海上风电机组塔筒常年受到台风、海水腐蚀等恶劣天气影响,其内部存在缺陷,会对风电机组塔筒造成不可逆的损失。为解决海上风电机组塔筒内部存在缺陷问题,本文结合无人机和六足机器人技术创新地设计了一种搭载式超声波探伤检测设备,当风机正常工作时,可以对其内部缺陷进行实时监控。本设备利用超声波探伤检测风机主轴,计算缺陷宽度以及面积,利用远端传输数据等功能来保证数据实时性和缺陷位置准确性,有效提高对风电机组塔筒的维护效率。

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。

一种高山风电场风机塔筒垂直度精细化检测方法

垂直度是评价风机塔筒结构安全的重要指标之一。针对高山风电塔基范围小、全站仪测量效率低且难以反映塔身整体变形等问题,提出一种高山风电场风机塔筒的垂直度精细化检测方法,采用地面三维激光扫描仪独立双测站扫描方案获取风机塔筒点云数据,根据标靶中心欧氏距离及相对高差的空间几何约束关系进行标靶绝对坐标改正,并利用最小二乘算法对水平截面切片点云数据进行最佳圆拟合,精确提取塔筒不同高度处的几何中心坐标。实验结果表明,文中方法能提取风机塔筒mm级精度的中心偏移量变化信息,实现对风机塔筒垂直度的精细化检测,相较于传统的全站仪测量方法作业效率提升约3倍。

风力发电机组装配式预应力混凝土塔筒疲劳承载力分析

在设计使用年限内,风力发电机组装配式预应力混凝土塔筒的疲劳问题非常突出,尤其在塔筒1/2高度以上区域。国内标准的疲劳验算公式是基于等幅疲劳2×10^(6)次的试验研究结果,而风力发电机组混凝土塔筒的疲劳次数在3×10^(8)以上,故国内标准不适用风电机组混凝土塔筒的疲劳验算。而欧标Fib Model Code for Concrete Structures 2010(FIB规范)采用基于S-N曲线的Palmgren-Miner累积损伤方法进行混凝土疲劳验算,可以解决高次数的疲劳问题。介绍了FIB规范中混凝土塔筒常用的Ⅲ级和Ⅳ级设计方法,通过具体案例分析了混凝土塔筒疲劳承载力的影响因素。结果表明:提高混凝土强度等级和加大塔筒壁厚,可以有效提高塔筒的疲劳承载力。可为风力发电机组装配式预应力混凝土塔筒实际设计提供参考。

山地风电场塔筒倾斜监测综述

风能作为一种绿色清洁能源已经越来越受到世界各国的重视,我国大规模风电场工程已相继建成,我国领导人在2021年全球气候峰会提出了“中国将力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”的宏伟目标,进一步提升了风能在国家能源结构中的重要性。而风力发电机组的风机塔筒作为风力发电机的重要组成部分,支撑着机舱和叶轮,使叶轮等部件在高空中运行,同时吸收机组震动。风机在长期运行过程中,受到基础地质条件、温度、风荷载、日晒、雨淋、腐蚀等外力影响,风机塔筒的机械强度、刚度、塔筒固定螺栓都会发生不同程度衰减:在风载荷、重力、叶片扭力的作用下,风机塔筒不可避免地发生倾斜,因此,采用一定的技术手段,对风机塔筒的倾斜情况进行监测,可以及时发现异常,有效弥补风电机组自身设计不足、运行环境恶劣等因素带来的安全隐患,对风电机组的安全运营具有重大的意义。

风力发电机塔筒筒节焊接应力集中因数分析

采用热点应力法对风力发电机塔筒筒节的焊接应力集中因数进行分析,得到焊接应力集中因数随板厚、板厚差、外径的变化规律。通过分析确认,将板厚差从14 mm增大到20 mm,可以减小风力发电机塔筒的质量,并且不会降低风力发电机塔筒的疲劳强度设计等级。分析结果可以为减小风力发电机塔筒质量提供参考。

吊装条件下海上风电塔筒受力变形数值模拟

为了解海上风电塔筒吊装过程中塔筒受力变形特征,采用Abaqus数值分析软件建立塔筒吊装三维有限元数值模型,分析塔筒厚度、长度及直径对筒身最大变形的影响规律。结果显示:当塔筒起吊处于水平状态下时,辅吊点处应力集中而发生屈服破坏;塔筒最大应变随着塔筒长度及直径的增加而增大,随着塔筒厚度的增加而减小;基于敏感性分析数据,提出基于遗传编程(Genetic Programming,GP)的塔筒最大变形预测模型,平均误差仅6.19%。数值分析结果可为海上风电塔筒吊装施工提供参考。