格构式钢管输电塔架的体型系数和雷诺数效应

采用天平测力风洞试验获得亚临界范围钢管塔架的体型系数,研究塔架体型系数随密实度的变化特征,基于规范数据拟合体型系数从亚临界到超临界条件下的雷诺数折算系数,基于试验结果开展塔架体型系数与规范值的对比.试验结果表明,相同密实度下横担的体型系数大于塔身,其原因为横担杆件长细比以及杆件前后的等效间距比均较大;在亚临界条件下塔身体型系数试验值与JEC-TR-00007—2015、DL/T 5551—2018和GB 50009—2012规范值接近,而横担体型系数大于各国规范值;亚临界和超临界条件下各国规范的钢管塔架体型系数随着密实度ϕ的增加而降低,使用最小二乘法拟合获得雷诺数折算系数为0.63+0.72ϕ;在超临界条件下,塔身的体型系数与DL/T 5551—2018、GB 50009—2012规范结果接近,横担的体型系数与IEC 60826—2017和ASCE MOP 74—2020规范结果接近.

±800kV与500kV混压大跨越钢管混凝土塔等效风荷载分析

大跨越钢管混凝土塔相比于普通钢管塔存在质量、刚度突变的特点。为探究钢管混凝土塔和钢管塔在风荷载作用下的响应规律及设计风荷载的取值,该文以实际工程为例,通过有限元模拟分析了两种塔型的动力特性和风振响应,并将等效静力风荷载与规范结果进行比较。结果表明:钢管混凝土塔的刚度明显高于钢管塔,且前几阶频率相对密集,振型间相互耦合明显;按规范等效风荷载的结构响应大于时程分析响应极值;按规范计算的钢管混凝土塔风振系数在灌入混凝土顶部附近存在突变;钢管混凝土塔顶部位移、加速度响应明显小于钢管塔,且钢管混凝土塔的脉动响应下降更为明显。

Brief Introduction to High Tower Structure Design for Large Crossing

This paper is a summary to introduce thehigh tower structure design. These towers areapproximately 100 m high for large rivercrossing projects on 220 kV and 500 kVdesigned by the East China Electric PowerDesign lnstitute (ECEPDI) since 1958.The paper also introduces thecharacteristics, technical and economicparameters of the four typical towersdesigned by ECEPDI such as the concretechimney-type tower, steel tubular tower,guyed tower and compound angle steel tower.

中空夹层钢管混凝土风力机塔架风振性能研究

传统风力发电机组塔架大多为锥形单管钢薄壁细长结构,此类结构在叶片转动及风荷载作用下易发生大的变形和振动。为克服传统风电塔自身发展的局限性并发挥中空夹层钢管混凝土(CFDST)结构优良的力学性能,基于某锥形钢塔筒,通过承载力等效提出CFDST塔筒结构形式,利用ABAQUS软件建立其风振性能有限元模型,对比了两种塔筒的振动模态。从时域和频域对二者在不同荷载工况下的动力响应特征进行对比分析,并对塔筒与叶片是否共振及瞬态冲击荷载下的振动进行了研究。结果表明:CFDST塔筒在保证原有钢塔筒抗弯承载力和刚度的同时,底部截面尺寸减小了25.6%,且不会与叶轮转动产生的谐波激励发生共振;阻尼对风机塔筒位移、速度、加速度及应力响应幅值影响显著;与钢塔筒相比,CFDST塔筒在正常运行荷载工况下峰值位移、加速度幅值和最大等效应力分别降低21.1%、30.2%和41.6%,而在暴风荷载工况下,分别减小14.4%、32.2%和36.3%;研究成果可为相关塔筒的设计优化提供参考。

风力机钢塔筒结构风致疲劳分析方法研究

高耸、轻柔的风力机钢塔筒结构在风荷载作用下的抗疲劳设计是一项重要且难度较大的工作,该文主要探讨其风致疲劳的分析理论与方法,并在某典型风力机结构中加以应用。建立了包含“叶片-机舱-塔筒-基础”的风力机结构整体有限元模型;基于气象站的气象资料推导得到了风力机位置处的风速风向联合分布函数;对风力机钢塔筒结构进行了风振响应时域分析,系统地建立了风力机钢塔筒结构合理考虑叶片旋转效应、风向及低应力幅循环对疲劳损伤有折减影响的风致疲劳寿命时域和时-频域分析方法。研究表明:叶片旋转效应对钢塔筒响应的均方根值影响较为显著,风力机钢塔筒结构风致疲劳寿命分析需考虑叶片的旋转效应。风向对钢塔筒结构的风致疲劳累积损伤影响较大,在风向出现概率较大的区间产生的风致疲劳累积损伤较大。相对于时域分析方法,时-频域分析方法计算得到的钢塔筒结构疲劳寿命均偏低,且计算较简便。建议采用雨流修正后的等效应力法、TB-2和Dirlik公式来进行风力机钢塔筒结构的风致疲劳寿命预测分析。针对实际设计需求,兼顾安全性和经济性,建议采用不同的风致疲劳分析方法。

特高压钢管输电塔气动力特性的CFD数值模拟

采用CFD(计算流体力学)数值模拟方法研究了特高压圆管输电塔的气动力特性。基于SOLIDWORKS和ICEM软件建立了输电塔整塔的精细化CFD数值模型,采用基于RANS的SST k-ω湍流模型模拟输电塔周围的空气流动,重点分析了不同风速和风向角下输电塔各塔段的气动力系数,并将数值计算得到的各塔段阻力系数与国内外规范值进行了详细对比分析。研究结果表明:输电塔最高处的参考风速对气动力系数的影响很小;大部分塔身的阻力系数值关于风向角45°呈现对称状态;在45°~90°风向角内,阻力系数随着风向角的变化呈先减小后增大趋势,在60°达到最小值;塔身的升力系数几乎为0;数值模拟得到的大部分塔段(除塔腿及其相邻段)的阻力系数大于规范取值。

钢管混凝土风电塔架球式节点的力学性能分析

为寻找更适合钢管混凝土格构式风电塔架的节点形式,开展了2个法兰盘球型分支节点和2个法兰盘螺栓球节点模型的静力试验,并对其进行有限元分析,以球台高度和厚度为变化参数,分别对比了2种节点的破坏模式、法兰盘等效应力分布、腹杆轴力-变形曲线等.研究结果表明:法兰盘球型分支节点的破坏模式为高强螺栓剪切破坏,法兰盘螺栓球节点的破坏模式为球台焊缝撕裂破坏和屈曲-撕裂破坏;与法兰盘球型分支节点相比,法兰盘螺栓球节点的法兰盘和球台的等效应力分布均匀,材料利用率较高,其最大应力绝对值分别提高了19%、52%,承载能力较强;腹杆轴力-变形曲线的塑性阶段长,延性较好;对球台高度或厚度的变化反映在节点极限承载力上更敏感,有更高的极限承载力;法兰盘螺栓球节点有进一步推广应用的价值.

输电线路钢管塔的推广与应用

随着输电线路输送容量及电压等级不断提高,杆塔荷载和塔重不断增加。与角钢塔相比,在大荷载输电杆塔中合理应用钢管塔具有相对技术经济优势。介绍了钢管塔应用的主要原则和技术经济性,研究了节点构造、高强钢管、带颈锻造法兰、高强螺栓等钢管塔设计和加工方面的关键技术问题及其在试点工程的应用情况。另外还介绍了钢管塔的通用设计、材料供应以及规程编制等情况。

高耸钢管塔K型结点极限承载力的试验研究与理论分析

对某高耸钢管塔带连接板的K型结点进行足尺模型试验,探讨极限承载力情况下的破坏现象和破坏机理,采用圆环-母线梁分离模型,根据钢管能量理论和虚功原理,推导出三管轴力作用下带连接板K型钢管结点的极限承载力公式,发现极限承载力不仅与主管壁厚、管径、结点板长度相关,还与主管轴向压力密切相关,同时提出了钢管在组合外力作用下存在临界轴压系数的概念。为K型钢管结点极限承载力设计提供依据。

输电铁塔用钢及其焊接技术

介绍了输电铁塔用角钢、直缝焊管、带颈法兰的现状及存在问题,讨论了钢管塔焊接主要连接形式以及钢管塔制造中的焊接特点和薄壁管对接焊缝的超声波检测技术。

特高压双回路钢管塔真型试验

SZT2钢管塔是我国第1基1000kV交流特高压双回路真型试验塔,塔总高93.4m,质量132t,依照标准DL/T899—2004《架空线路杆塔结构荷载试验》,在大风、验算冰、锚线、断线等9个试验工况下对其进行试验。试验结果表明:SZT2塔的位移测试结果满足变形要求;应变测试结果没有超过构件承载力,说明整体结构是安全的;试验还验证了锻造带颈法兰在特高压双回路钢管塔中能够安全可靠地传力,由于其能起到降低焊接工作量和提高加工效率的目的,建议在实际工程中推广使用;SZT2塔采用的节点板连接方案可行,U型插板、十字插板及C型插板安全可靠;连接板端部钢管的局部屈服是设计的薄弱点,应加强防止局部破坏的构造。

高耸钢管塔结点极限承载力的试验研究与理论分析

连结板钢管结点是高耸钢管塔结构设计中的关键部分,常规的钢管结点简化计算理论过于粗糙,使设计人员不能了解结点局部屈曲时的应力分布,从而无法准确把握结构设计的安全系数。根据同类型结点的足尺试验结果,提出了适用于估算此类结点极限承载力的极限分析模型,并编制了相应的程序,通过与试验结果及有限元计算结果的比较,证明该模型适用性较好,对工程设计有较好的理论意义和实用价值。

特高压钢管塔锻造法兰优化设计研究

钢管塔在特高压工程中的推广应用对钢管塔的可靠性与经济性提出了新的要求。通过分析比较钢管塔与角钢塔的塔材组成,并结合钢管塔的结构特点,提出了通过降低联接件比重实现进一步提高特高压钢管塔经济性的方法。详细分析了目前特高压钢管塔锻造法兰的应用情况,提出锻造法兰精细化设计的新方法,并结合超/特高压同塔4回钢管塔的设计进行了各种方法的可行性和经济性分析。研究表明:在特高压钢管塔设计中,通过应用强度级差与布置优化、结合锻造法兰进行钢管选材等综合措施,最大程度的降低锻造法兰的比重,能够进一步提高特高压钢管塔的经济性。

特高压输电线路钢管塔计算模型的选择

特高压钢管塔按整体空间桁架简化模型,采用杆单元进行受力计算,由于假定杆件只承受轴向力而忽略杆端弯矩作用,使得计算结果与实际情况存在差异。以1000kV淮南—上海(皖电东送)输变电工程特高压同塔双回钢管塔为分析对象,采用铁塔设计通用程序的杆单元、有限元计算通用软件ANSYS的梁杆混合单元和梁单元3种计算模型,对钢管塔的静、动力性能进行了分析和比较。结果表明:由3种单元模型计算的主材轴力、杆塔动力特性基本一致;梁杆混合单元模型与梁单元模型计算的主材杆端弯矩接近。建议特高压钢管塔的受力计算,采用梁杆混合单元模型的整体空间桁架法。

闭式冷却塔的结构优化

以换热面积最小、阻力最小为限制条件,对闭式冷却塔的管式蒸发冷却器的结构优化进行了研究。分析了结构参数对管式蒸发冷却器的面积及风机和水泵能耗的影响。研究结果表明:长度、宽度在合适的范围内取值,盘管为正三角形布置,盘管内径为0.019 m,管间距是盘管内径的2倍,管材选用无缝钢管时,可以使闭式冷却塔的投资费用和运行费用综合达到最小。

输电钢管塔体型系数风洞试验研究

对1 000 kV淮南—上海特高压输电线路钢管塔(SZT2塔)的塔身和横担模型进行了高频测力天平风洞试验,得到了作用在模型上的平均风荷载和体型系数。试验结果表明:15°、75°是对输电钢管塔的最不利风向角;对于输电钢管塔塔身和横担,钢管杆件体型系数分别取为0.80、0.85能满足设计要求。

特高压钢管塔主材长细比及径厚比的取值

文章选取1000kV淮南—上海(皖电东送)输变电工程的典型同塔双回钢管塔为研究对象,建立其梁杆混合单元的有限元模型,对塔身主材的应力进行了计算。结果表明杆端弯矩对主材应力的影响程度与其长细比密切相关。通过统计分析,给出了长细比与应力的对应关系。通过分析计算结果及对比国内外设计标准,提出了钢管塔压弯主材圆管截面的径厚比取值建议。研究结果可为我国特高压钢管塔的结构优化提供参考。

直驱式抽油机圆筒形塔架的稳定性分析

基于ANSYS Workbench软件对某石油装备公司的新型高效节能20型直驱式抽油机塔架的稳定性进行了分析研究,建立了塔架的三维有限元模型,针对不同塔架管壁厚度模型和不同塔架联接方式模型分别进行分析计算,找出各模型的一阶临界载荷特征值及一阶屈曲模态振型,得到不同管壁厚度和不同联接方式对圆筒形塔架稳定性的影响规律,为该系列新型高效节能抽油机的塔架结构设计、塔架有限元分析提供方法思路,为后续塔架结构的优化设计分析提供必要的数值依据,并提高产品的核心竞争力。

预应力混凝土-钢组合风电塔架塔段优化研究

以某2 MW传统钢筒结构风电塔架为对象,采用预应力混凝土-钢组合塔架结构取代原钢筒结构,并对组合塔架结构的两塔段进行优化.以造价为目标函数,在塔架几何外形不变的情况下,考虑预应力混凝土与钢塔段的强度、刚度、稳定性、疲劳以及自振频率、顶部最大位移等约束条件,借助改进的粒子群优化算法,对预应力混凝土和钢塔段的高度及其截面尺寸进行优化.结果表明,采用粒子群算法对预应力混凝土-钢组合塔架两个塔段进行优化后,在满足各项约束条件的前提下,组合塔架结构形式的造价比传统钢塔架造价降低约27%.

重冰区特高压酒杯型钢管塔设计及试验

ZB1酒杯型钢管塔是我国第1基应用于重冰区线路工程的特高压单回路铁塔。整塔采用钢管结构,仅在地线顶架采用角钢。钢管最高材质为Q345,全部采用插板和锻造法兰联接;在ZB1塔结构设计过程中,对杆塔塔型优化、节点构造、埃菲尔效应、钢管构件杆端弯矩等进行了研究,完善了铁塔设计。ZB1酒杯型钢管塔成功地通过了真型试验,表明我国特高压杆塔尤其是重冰区杆塔在设计、加工等环节有了可靠保障,可在特高压工程中进一步应用。