基于实测数据的风力机塔筒结构动力特性分析及模型修正技术研究
垂直轴风力机塔柱结构的分析及优化
柱结构 与风轮之 间 的动 态干扰 ． 结果 表 明 ： 设 计在 风轮 以设 计 额 定转 速 １０ ｒｍ ｎ运行 时， 原 ６ ／ ｉ 其
产 生的简谐荷 载对风 力机 塔柱 具有 十分严重 的破坏 性 ， 通过 增加 主轴 钢 管 的壁厚 并提 高其 刚度 等优化 工作 ， 经计算证 明 ， 在激振 力 不 变的情 况下 ， 第一阶 固有频 率得 到提 高 ， 柱的各 阶 固有频 塔
垂直 轴风 力机塔 柱 结构 的 分析 及 优化
郑 源 ，司佳 钧 ‘ 建 军 ，黄 ，赵振 宙 一，丁 遥
（ ． 海 犬学 能 源 电气 学 院 ，江 苏 南 京 ２ ０９ ２ 水 资 源高 效 利 刚 及 １ 安 全 罔 家 一 １ 开 ［心 ， 苏 南京 ２０ ９ ； ． １河 １０ ８； 程 ｒ 究 ｆ 】 江 ｌ０ ８ ３ 河
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排灌机械工程学报
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海 大学 水 利 水 电 Ｔ程学 院 ， 苏 南京 ２ ０ ９ ） 江 １０ ８
摘 要 ：为 了避免 风 力机 系统 的共振 而导致 的 系统损 坏 和噪 声 污 染 ， 过 系统 动 力特性 分析 和 动 通 力学响应 计算分析 ， 得到 了风 力机 塔柱 的低 阶 固有频 率和谐 响应的数 据 ， 以及 风轮和 塔柱之 间的 动 态关 系与整 个 系统 的动 态特性 ， 结构动 态设 计 以及优 化提供 科 学依 据． 为 首先确 定对风 力机 塔
大气工程中风力发电塔筒结构的疲劳性能评估
大气工程中风力发电塔筒结构的疲劳性能评估随着风力发电的快速发展，塔筒结构作为一个关键组成部分，有着重要的作用。
然而，在长期的风力作用下，塔筒结构容易出现疲劳破坏，影响风力发电的正常运行。
因此，对于风力发电塔筒结构的疲劳性能进行评估，具有重要的意义。
首先，我们需要了解什么是疲劳破坏。
疲劳破坏是指在循环载荷作用下，结构在未达到其静力强度的情况下发生破坏。
疲劳破坏是一种逐渐发展的过程，通常起始于微小的裂纹，然后沿着应力最大的位置扩展，最终导致结构破裂。
因此，疲劳性能评估的关键是确定结构中的疲劳破坏起始位置和扩展情况。
在风力发电塔筒结构的疲劳性能评估中，我们需要考虑到以下几个因素。
首先是塔筒结构的材料性能。
不同材料的疲劳特性存在差异，因此需要根据具体的材料选取合适的疲劳参数。
其次是结构的设计参数，包括截面尺寸、连接方式等。
这些设计参数会对结构的应力分布产生影响，从而影响疲劳寿命。
最后是外界环境因素，如风速、震动等。
这些因素会对塔筒结构产生不同程度的影响。
疲劳性能评估的方法主要包括实验研究和数值模拟两种。
实验研究通过在实验室中进行长期循环载荷试验，来模拟结构在实际运行条件下的疲劳行为。
这种方法对于验证理论模型和分析方法具有重要的作用。
然而，实验研究的成本较高且时间较长，无法涵盖所有的工况和边界条件。
因此，数值模拟成为研究人员常用的手段。
数值模拟采用计算机辅助工程软件，根据塔筒结构的几何形状和材料性能，通过有限元分析等方法，来模拟结构在不同工况下的应力分布和疲劳寿命。
数值模拟具有高效、经济和便捷的优点，可以在短时间内预测结构的疲劳性能。
疲劳性能评估的结果可以用疲劳寿命和安全系数来表示。
疲劳寿命是指结构在疲劳载荷下的使用年限，通常以循环数表示。
安全系数是指设计疲劳载荷与疲劳破坏强度之间的比值。
当安全系数大于1时，表示结构的设计寿命大于使用寿命，具有足够的安全性。
而当安全系数小于1时，表示结构的设计寿命小于使用寿命，存在疲劳破坏的风险。
8 MW风机塔筒振动响应分析
8 MW风机塔筒振动响应分析HUANG Zhonghua;XU Xin;TIAN Xianglong;LI Yachao;XIE Ya【摘要】为获取8 MW风机塔筒的振动响应特性,建立了塔筒的有限元分析模型,对塔筒开展了模态分析、谐响应分析和瞬态响应分析.模态分析结果表明,塔筒的前四阶模态振型均为弯曲振动,风机工作在额定转速时,塔筒不会发生共振.谐响应分析结果表明,当载荷频率为0～2 Hz时,塔筒频域响应曲线存在2个共振频率,分别对应塔筒的第一阶模态频率、第三阶模态频率;塔筒发生三阶共振时,塔筒顶部Z向的位移超过4.5 m,已处于非安全工作状态,在工作中要避免出现.瞬态响应分析结果表明,在允许的工作风速范围内,塔筒的最大位移和最大应力变化不明显;在极限载荷工况下,塔筒的最大位移和最大应力显著增加,塔筒不会发生强度失效.【期刊名称】《湖南工业大学学报》【年(卷),期】2019(033)004【总页数】6页(P36-41)【关键词】风机塔筒;振动响应;动力学分析;模态分析;塔筒设计【作者】HUANG Zhonghua;XU Xin;TIAN Xianglong;LI Yachao;XIE Ya【作者单位】;;;;【正文语种】中文【中图分类】TH113.11 研究背景近年来，全球风电市场快速发展。
为了提高风机的市场竞争力，国内外多家风机制造企业开展了7 MW 及以上的超大功率风机研制，以期通过增大单机功率降低风电场的度电成本。
例如：MHI Vestas从2016年开始陆续推出了V164-8.0 MW、V164-8.3 MW、V164-8.8 MW、V164-9.0 MW、V164-9.5 MW风机。
Siemens Gamesa 从2015年开始陆续推出了SWT-154-7.0 MW、SWT-154-8.0 MW、SG-167-8.0 MW风机。
2018年4月，英国Walney Extension风场成为世界装机容量最大的单体海上风场，该风场安装了40 台MHI Vestas V164-8.0 MW风机和47 台Siemens Gamesa SWT-154-7.0 MW风机。
基于大数据分析的风电机组塔架振动仿真
实际应用二：优化风电机组维护策略
制定合理的维护计划
基于大数据分析，可以制定更加合理的维护计划，避免过度维护和 不足维护，提高设备的使用寿命和稳定性。
故障诊断与修复
通过对故障数据的分析，可以快速诊断和修复故障，减少故障排查 时间，提高维护效率。
预防性维护
通过对设备运行数据的监测和分析，可以提前发现潜在的故障和问题 ，提前进行预防性维护，避免故障扩大造成的损失。
基于大数据分析的风 电机组塔架振动仿真
2023-11-11
contents
目录
• 引言 • 大数据分析在风电机组振动仿真中的应用 • 风电机组塔架振动仿真模型的建立 • 风电机组塔架振动仿真实验与分析
contents
目录
• 基于大数据分析的风电机组塔架振动仿真 的实际应用
• 基于大数据分析的风电机组的风电机组塔架振动仿真 的挑战与展望
基于大数据分析的风电机组塔架振动仿真的挑战
高维度数据
风电机组塔架振动仿真涉及大量 高维度数据，包括风速、风向、 湍流强度、机械载荷等，处理和
分析这些数据面临诸多困难。
数据质量
由于风电机组运行环境复杂，数 据采集过程中可能存在误差和噪 声，这会影响数据分析的质量和
目前，国内外学者已经针对风电机组塔 架振动特性开展了大量的研究工作，主 要集中在模态分析、有限元分析、频谱
分析等传统方法上。
然而，随着大数据时代的到来，传统方 法已经无法满足风电机组塔架振动特性
的研究需求。
基于大数据分析的方法，将为风电机组 塔架振动特性的研究提供新的手段和工 具，进一步推动风能利用技术的发展。
提高机组寿命
通过准确模拟和分析风电机组的振动 ，可以减少机组因振动而受到的损伤 ，延长机组寿命。
风电机组塔筒振动的分析与测量_高俊云
技术 | Technology54 风能 Wind Energy1 引言塔筒是风电机组中的主要支承装置，它将机舱和风轮托举到所需的高度。
在机组的整个寿命周期内，塔筒受到风轮、机舱以及自身重力作用的同时，还受到各种风况（正常风况、极端风况）引起的动载荷作用，承受大小和方向随时变化的疲劳载荷和极限载荷。
因此设计时必须保证塔筒具有足够的强度、刚度和稳定性。
塔筒的振动分析与控制是风电机组设计过程中必须进行的工作之一。
由于风轮在一定范围内转动，且风轮的转速时刻都在发生变化，因此设计时必须考虑风电机组运行时变载荷、变转速的特性，通过对各个部件动态特性及其耦合特性的设计，保证整个机组在工作过程中的平稳及安全可靠运行。
通过对塔筒振动的测量和分析，可以了解实际工作过程中塔筒的振动水平及频率成分，对引起塔筒振动的原因进行具体分析，并对设计进行验证。
2 塔筒的载荷分析目前，风电机组塔筒大都为锥形结构，其顶端安装有较大质量的机舱和在风载荷作用下旋转的风轮， 如图1所示。
概括起来，作用在塔筒上的载荷主要有以下几类：(1) 气动力：作用在塔筒顶部的风轮上的气动力是塔筒载荷的主要来源。
此外， 风载荷直接作用在塔筒上也会对塔筒产生动载荷。
(2) 重力：机舱和风轮重力直接作用于塔筒顶部，是塔筒设计和机组安装时必须考虑的一个重要参数。
机舱和风轮的重心位置也是设计时必须考虑的一个重要参数。
(3) 惯性载荷：由于风载荷的随机性，会引起塔筒的振风电机组塔筒振动的分析与测量太原重工股份有限公司技术中心 高俊云 连晋华动，而这种振动会产生惯性力，不但引起塔筒的附加应力， 而且还会影响塔筒顶端叶轮的变形和振动。
(4) 控制系统的运行载荷：风电机组在运行过程中，控制系统和保护系统使机组启动、停车（包括紧急停车）、偏航、变桨、脱网时，都会引起机组结构和塔筒部件的载荷变化。
图2为仿真得到的停车过程中塔筒顶部的倾覆力矩和振动图1 风力发电机组 图2 塔筒载荷和振动仿真结果3 设计过程中对塔筒振动的控制通过上面的分析可知，塔筒受到多种载荷的共同作用，特别是由于风载荷的随机性，必然引起塔筒的变形和振动，而这种振动不但会引起塔筒的附加应力，而且有可能与叶片产生共振，从而影响整个风电机组组的稳定性。
风电机组混合型塔筒静强度分析与模态分析
Ｓｔａｔｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｈｙｂｒｉｄｔｏｗｅｒｆｏｒｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ
ＬＵ Ｈｕａｘｉｎｇ１，ＣＨＥＮ Ｍｉｎｇｙａｎｇ２，ＬＩＵ Ｗｅｉ１，ＳＵＮ Ｃｈｕａｎｚｏｎｇ２，ＣＨＥＮ Ｌｅｉ２
（１国家电投集团科学技术研究院有限公司，北京 １０２２０９；２沈阳工业大学 机械工程学院，沈阳 １１０８７０）
沈阳工业大学学报
摘 要：为了分析新型风电机组塔筒结构的静强度性能和低阶模态频率特性，分别对传统型、加筋 型和混合型三种结构塔筒进行有限元建模，对比分析三种塔筒的静强度性能和低阶模态频率．仿 真结果表明，混合型塔筒等效应力极值和刚度较传统型塔筒有所增加，低阶模态频率较其他两种 类型塔筒有所提高．混合型塔筒在壁厚和材料的约束下具有更好的刚度，其结构使得刚性设计转 速有所提高，有利于塔筒刚性模态设计． 关 键 词：静强度分析；模态分析；有限元分析；传统型塔筒；加筋型塔筒；加筋与桁架混合型
沈阳工业大学学报
１５６
沈 阳 工 业 大 学 学 报
第 ４２卷
与钢塔架相比较，相同级别的混凝土塔架造价低 ３０％，使用寿命提升至 ４０～６０年；刘贻雄［９］分析 了现代风电机组中典型的塔筒结构，运用理论分 析和数值模拟方法研究了塔筒的动力学特性、疲 劳、屈曲稳定性，并得出在风电机组塔筒的结构动 力响应中，低阶模态占主要地位，高阶模态对响应 的贡献很小，阶数越高，其贡献就越小；李斌等［１０］ 分析了大型风电机组普遍采用的锥台型塔筒，以 优化锥台型塔筒结构设计为目标，利用 ＳＡＰ２０００ 有限元分析软件对初选塔筒进行了静强度和刚度 分析，根据优化分析结果，提出了一种下部为直筒 型，上部为锥台型的新型塔筒形式．
基于ANSYSWorkbench的风力发电机塔筒模态分析
３ ． ２ 预应 力模 态计 算结 果及 分析
利 用 Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ对预 应力模 态进 行 求解 ， 表 ３列 出了 前 ５阶模 态 的固有频 率值 和振 型 。
表 ３ 塔 简 预 应 力 模 态 的 固 有 频 率 和 振 型
１ 阶 弯 曲振 动 １阶 弯 曲振 动 ２阶 弯 扭 组 合
塔 身风 荷载 计算 时 ， 将其 考虑 为柱 体高 耸结 构 ， 依 据 ＧＢ ５ ０ ０ ０ ９ —２ ０ ０ １ 《 建筑结构荷 载规范 》 中采 用 的 风 荷载 标 准值公 式 确定 ， 因 此 塔 筒表 面上 单 位 面 积 的风
模 态
１阶 ２阶
其中： 为 风 能利 用 系 数 ， 一 般 取值 为 ０ ． ５ ； Ｓ为 风 轮
扫 风面 积 ， 在此 取 ４ ７ ０ ０ ｍ。 ； 为风 速 ， 在此取 １ １ ｍ／ ｓ 。
频率（ Ｈｚ ）
０ ． ３ ４ ７ ９ ４ ０ ． ３ ４ ８ ２
７ ２
０ ． ８ ３ ９ １ ． ８ ９
０ ． ５７
１ ． ７ ３
１ ． １ ０ ４
１ ６ ． １
（ ２ ）机 组 偏 心 力 矩 ：
Ｍ￣ Ｔ— Ｇｌ× ｅ ．
其 中： ｅ为机 组 的偏 心距 ， 取 １ ． ２ １ Ｔ Ｉ 。经计 算 得 Ｍ盯 ＝ ＝ ＝
１ ． ０ ４ ２ ｌ ｜ ６ ３
０ ． ８ ８ １ １ ． ７ ２
０ ． ５７
０ ． ５７
０ ． ５７
１ ． ８ ４
１ ． ７ ８
１ ． ７１
１ ． ０ ９ ２
基于VB和ANSYS的风机塔筒参数化建模与分析
基于VB 和ANSYS 的风机塔筒参数化建模与分析*张彦立，王广庆，李曼（保定天威风电科技有限公司，河北保定071051）摘要：为了高效、快速地建立风机塔筒的有限元模型并对其进行有限元分析，对系列机型塔筒模型的结构进行了全面的研究，采用ＡＮＳＹＳ提供的ＡＰＤＬ语言和命令流编程的方法，开发了一种风机塔筒的有限元参数化建模、分析及后处理程序，用可视化界面语言ＶＢ对其进行了封装。
以塔筒模型分析为实例，跟传统方法作对比，对该程序进行了验证。
研究结果表明，该程序能够提高有限元模型的建模效率，缩短了塔筒的设计周期，并且简单实用，为类似问题的解决提供了一条新途径。
关键词：参数化建模；风机塔筒；有限元；ＡＰＤＬ中图分类号：ＴＨ１２３；ＴＭ６１４文献标志码：Ａ文章编号：１００１－４５５１（２０１２）０２－０１７４－０３Parametric modeling and analysis of wind turbine tower based on VB and ANSYSZHANG Yan-li ，WANG Guang-qing ，LI Man（Baoding Tianwei Wind Power Technology Co.，Ltd.，Baoding 071051，China ）Abstract ：In order to improve the efficiency of established wind turbine tower finite element model and its finite element analysis ，the parametric programming language and APDL ，in ANSYS were investigated.After a comprehensive study for the structure of series tower ，the wind turbine program of parametric modeling ，analysis and post processing was established.Visual interface VB language was presented to packaging this program.The wind turbine program was evaluated on the tower model analysis ，the program was tested.The experimental results show that the program has improved the efficiency to establish finite element model of wind turbine tower and shorten the design cycle of wind turbine tower.It is simple ，practical ，and provides a new way to solve the similar issues.Key words ：parametric modeling ；wind turbine tower ；finite element ；ANSYS parametric design language （APDL ）收稿日期：２０１１－０８－２５基金项目：国家科技支撑计划资助项目（２００７ＢＡＡ１０Ｂ０１）作者简介：张彦立（１９８１－），男，河北保定人，主要从事风电机组塔筒的设计和优化方面的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｙａｎｌｉ＿１６８＠１２６．ｃｏｍ0引言在风力发电机组塔筒的设计分析中，经常会遇到系列机型塔筒的设计，这些机型塔筒模型结构类似，只是某些几何参数不一样，但每次计算分析，都需要经过建立实体模型、划分有限元网格、约束、加载求解这些步骤，即使对软件应用熟练的技术人员，完成这些步骤也至少也需要1~2天的时间。
龙凯_大型水平轴风力机塔筒门洞屈曲分析研究
Fx_max 8.054 3.135 Fy_min 13.61 13.59 Fy_max 10.88 8.362 Fz_min 56.5 50.072
Fz_max 32.81 32.96 Fr_max 4.45 1.141 8.453 13.73
Mx_min 10.9 Mx_max 13.7
My_min 7.191 7.134 My_max 8.023 3.132 Mz_min 14.77 8.314 Mz_max 14.04 8.759 Mr_max 7.189 7.131
有限元等数值分析方法具有坚实的理论基础与广泛的工程应用近几年来逐步应用于大型化风力机组塔筒结构设计中但是对于塔筒门洞屈曲失稳这类问题有限元法只能作为一种辅助分析手段它需要与其它工程算法相结合来进行分析计算
Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集
大型水平轴风力机塔筒门洞屈曲分析
龙凯 1，谢园奇 2，桑鹏飞 2，吴继秀 1 (1. 华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室，北京，102206) （2. 中国航天万源国际集团有限公司，北京，100176）
相比较工程算法而言，有限元法能处理含门洞、门框等复杂结构。为了进行塔筒门洞段 屈曲分析，被分析塔筒截段的高度最小满足 2.5 倍底部直径值要求，可以截取塔筒底部至上 一法兰段。 采用八节点六面体单元对塔筒门洞结构进行离散以提高分析精度。 全约束塔筒底 部法兰底面，为了方便载荷施加，在顶部法兰中心处建立网状刚性元，在中心处施加三个方 向的力和三个方向的矩。为了考察无门洞、有门洞、有门洞含门框三种不同结构对一阶屈曲 特征值的影响，采用 HyperMesh 软件分别建立了如图 2 所示不同的门洞网格模型。其中含 门框的塔筒门洞模型共包含 47 015 个节点，25 377 个单元。由 Focus 软件输出塔筒段法兰 中心截面处的载荷值，其中共包含 14 个极限工况。x, y ,z 坐标系满足 GL2010 认证规范塔筒 底部坐标系要求，Fx_min 工况表示在所有计算工况中，施加载荷部位的 x 方向力的代数值 对应最小，其它工况依此类推。采用 Radioss 软件进行屈曲特征值求解，不同塔筒门洞在各 工况下的一阶屈曲特征值如表 2 所示。
大型风力机风雨荷载特性数值研究
大型风力机风雨荷载特性数值研究董辉;高乾丰;邓宗伟;朱志祥;彭文春【摘要】Based on FLUENT software,the wind field and wind-driven rain around a 2MW horizontal axis wind turbine were analyzed under conditions of rated operation and a 50mm /h storm.It was shown that a large number of raindrops falling on the wind turbine separate towards its both sides with the wind,only parts of raindrops impact its windward surface,few raindrops in the wake area back flow and hit the leeward sideof the wind turbine;the diameters for 99% of the raindrops impacting the wind turbine are below 2.5mm;the flow field suddenly changes when the airflow flows through the wind turbine,the adjustment of raindrops'speed lags behind the change of wind speed,the final horizontal speed of raindrops no longer is equal to the horizontal wind speed;the rain load on the wind wheel and the engine room can be ignored when the wind turbine operates in a rainstorm,but the rain load on the tower may be more than 12% of the tower wind load and can not be neglected.%为研究风雨共同作用下风力机风雨荷载的大小及分布规律，基于 FLUENT 软件对2 MW 水平轴风力机在额定工况下遭受50 mm／h 暴雨时的风场和风驱雨进行了分析。
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基于实测数据的风力机塔筒结构动力特性分析及模型修
正技术研究
基于实测数据的风力机塔筒结构动力特性分析及模型修正技术研究
摘要：
风力机塔筒是风能转化装置的重要组成部分，其结构动力特性直接关系到风力机的安全性和性能。
本文通过实测数据，对风力机塔筒结构的动力特性进行了分析，并研究了对塔筒结构模型进行修正的技术。
1. 引言
随着风能开发利用的不断推进，风力机增加高度和大型化成为发展趋势。
风力机塔筒作为连接风机主体与地面的关键部件，在风能转化过程中承受着巨大的载荷。
因此，对风力机塔筒结构的动力特性进行研究具有重要的理论和实践意义。
2. 实测数据的采集与处理
为了对风力机塔筒的结构动力特性进行分析，我们在一个实际的风力发电场选择了一座风力机进行实测。
通过在风力机塔筒上安装合适的传感器，采集了风速、风向、振动等数据。
然后对采集到的数据进行处理和分析。
3. 风力机塔筒的结构动力特性分析
在实测数据的基础上，我们对风力机塔筒的结构动力特性进行了分析。
首先，我们利用采集到的风速数据对风力机塔筒的风载荷进行了计算，并得到了其频谱特性。
然后，通过采集到的塔筒振动数据，我们对其共振频率和模态形态进行了分析，并得到了其模态参数。
4. 基于实测数据的塔筒结构模型修正
在对风力机塔筒的结构动力特性进行分析的基础上，我们发现了一些与理论模型存在差异的现象。
为了更准确地描述风力机塔筒的动力特性，我们进行了模型修正。
首先，我们根据实测数据得到了修正系数，并对塔筒结构模型进行了调整。
然后，通过对修正后的模型进行仿真计算，与实测数据进行对比验证。
5. 结果与讨论
通过分析实测数据和对模型进行修正，我们得到了更准确的风力机塔筒结构动力特性。
修正后的模型能够更好地模拟实测数据，并与实测结果吻合较好。
同时，我们也验证了修正系数的有效性和可靠性。
6. 结论
本文基于实测数据，对风力机塔筒结构的动力特性进行了分析，并研究了模型修正的技术。
通过对实测数据的采集与处理，我们得出了风力机塔筒的风载荷频谱特性和模态参数。
通过对模型进行修正，我们得到了更准确的模拟结果。
该研究对于提高风力机塔筒结构的设计和性能优化具有重要的参考价值。
关键词：风力机塔筒；实测数据；结构动力特性；模型修正技术；风能转化装
通过对风力机塔筒的实测数据进行分析和模型修正，本研究得出了更准确的风力机塔筒结构动力特性。
修正后的模型能够更好地模拟实测数据，并与实测结果吻合较好。
此外，通过研究修正系数的有效性和可靠性，验证了修正技术的可行性。
这项研究对于提高风力机塔筒结构的设计和性能优化具有重要的参考价值。
未来的研究可以进一步探索其他修正技术，以进一步提高模型的准确性和可靠性。