1. 概述
作為風機上的重要支撐部件,塔架的性能尤為重要。根據GL2010要求,除了規范規定的各種外部環境條件下的載荷外,還要計算塔架在風場安裝期間及風機安裝后靜止期間風致橫向振動對塔架的影響。
2. GL規范要求
根據第6.6.5.3節風致橫向振動的要求,由風向垂直方向上的渦激振動在塔架上(截面為圓形或類似圓形)引起的載荷,可以參考標準DIN1055-4計算。
根據6.6.6.1.5 風致橫向振動的要求,渦激載荷對塔架性能的影響表現為:
1）始終考慮風致橫向振動對塔架產生的損傷，由兩部分組成,塔架帶機艙靜止期間損傷和塔架不帶機艙豎立期間損傷。
2）計算時，塔架帶機艙靜止期間的計算時間取設計壽命的1/20。
3）計算時，塔架不帶機艙豎立期間的計算時間由制造商確定,并在計算中予以考慮.僅當該計算時間超過1周時才考慮損傷。對于計算時間大于1周的情況,在計算剪力和彎矩時,風速取值不應大于臨界風速的90%.必要時采取適當措施減弱橫向振動。
4）若計算運行狀態損傷時假定風向在整體作用期間內保持不變,則不必與累積。
5）若計算運行狀態損傷時考慮風向分布,則應與累積。在此考慮最不利情況.塔架綜合損傷D為：
3. DIN1055-4計算渦激載荷與發生次數
DIN1055-4標準中有關計算渦激載荷及發生次數所用的輸入參數,計算方法等都極為詳盡,在此只著重提出2點,見下。
1）臨界風速對應的最大振幅和渦激作用長度(見Figure 3.1)之間存在迭代求解,對于臨界風速不太大的情況,適當選擇”最大振幅/塔架計算直徑”的初值(小于0.1),一般2步即可收斂。
2）標準中未明確提出針對錐形殼體的渦激作用長度范圍內等效直徑的計算方法,由于塔架在整個高度范圍內厚度和直徑均不為常數,計算時采用的塔架直徑和塔架離散化對結果影響有多大?
針對第2點,進行以下算例分析。
Figure 3.1 懸臂結構形式的渦激作用長度示意
4. 算例分析
計算某風場條件下某型塔架(塔高82.5m)因風致橫向振動引起的載荷。
由于塔架一般為錐形,由不同厚度段組成,且渦激作用長度范圍內的直徑連續變化,為考慮塔架計算直徑和離散段數對計算結果的影響,設置算例見Table 4.1。
塔架塔頂直徑為2.7m,塔頂以下2.7*6=16.2m(估算為渦激作用長度起始處)處直徑約為3.1m;
Table 4.1 塔架計算算例設置
采用我公司自主開發的軟件計算算例1，可得塔架塔底剪力和彎矩隨塔架計算直徑的變化趨勢，見Figure 4.1、4.2。
Figure 4.1 塔底剪力隨塔架計算直徑的變化趨勢
Figure 4.2 塔底彎矩隨塔架計算直徑的變化趨勢
可見,塔架計算直徑對載荷影響很大。保守考慮，建議取渦激作用長度范圍內的最大直徑。
采用我公司自主開發的軟件計算算例2、3，可得不同離散狀態對塔架載荷影響，見Figure 4.3、4.4。
Figure 4.3 不同離散狀態對塔架各截面剪力的影響
Figure 4.4 不同離散狀態對塔架各截面彎矩的影響
可見，塔架離散狀態對各截面剪力影響較大，彎矩影響不大。但按1m離散時塔架各截面的剪力和彎矩分布更為連續。故建議在塔架離散時應考慮足夠的離散段數。
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