風(fēng)電機組塔筒振動的分析與測量

　　1 引言
　　塔筒是風(fēng)電機組中的主要支承裝置，它將機艙和風(fēng)輪托舉到所需的高度。在機組的整個壽命周期內(nèi)，塔筒受到風(fēng)輪、機艙以及自身重力作用的同時，還受到各種風(fēng)況（正常風(fēng)況、極端風(fēng)況）引起的動載荷作用，承受大小和方向隨時變化的疲勞載荷和極限載荷。因此設(shè)計時必須保證塔筒具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。
　　塔筒的振動分析與控制是風(fēng)電機組設(shè)計過程中必須進行的工作之一。由于風(fēng)輪在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，且風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速時刻都在發(fā)生變化，因此設(shè)計時必須考慮風(fēng)電機組運行時變載荷、變轉(zhuǎn)速的特性，通過對各個部件動態(tài)特性及其耦合特性的設(shè)計，保證整個機組在工作過程中的平穩(wěn)及安全可靠運行。通過對塔筒振動的測量和分析，可以了解實際工作過程中塔筒的振動水平及頻率成分，對引起塔筒振動的原因進行具體分析，并對設(shè)計進行驗證。
　　2 塔筒的載荷分析
　　目前，風(fēng)電機組塔筒大都為錐形結(jié)構(gòu)，其頂端安裝有較大質(zhì)量的機艙和在風(fēng)載荷作用下旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪， 如圖1 所示。概括起來，作用在塔筒上的載荷主要有以下幾類：

圖1 風(fēng)力發(fā)電機組

圖2 塔筒載荷和振動仿真結(jié)果

　　(1) 氣動力：作用在塔筒頂部的風(fēng)輪上的氣動力是塔筒載荷的主要來源。此外， 風(fēng)載荷直接作用在塔筒上也會對塔筒產(chǎn)生動載荷。
　　(2) 重力：機艙和風(fēng)輪重力直接作用于塔筒頂部，是塔筒設(shè)計和機組安裝時必須考慮的一個重要參數(shù)。機艙和風(fēng)輪的重心位置也是設(shè)計時必須考慮的一個重要參數(shù)。
　　(3) 慣性載荷：由于風(fēng)載荷的隨機性，會引起塔筒的振動，而這種振動會產(chǎn)生慣性力，不但引起塔筒的附加應(yīng)力，而且還會影響塔筒頂端葉輪的變形和振動。
　　(4) 控制系統(tǒng)的運行載荷：風(fēng)電機組在運行過程中，控制系統(tǒng)和保護系統(tǒng)使機組啟動、停車（包括緊急停車）、偏航、變槳、脫網(wǎng)時，都會引起機組結(jié)構(gòu)和塔筒部件的載荷變化。
　　圖2 為仿真得到的停車過程中塔筒頂部的傾覆力矩和振動