塔架设计的内容与要求

塔架作为支撑结构，应在规定的设计使用年限内，在正常的外部条件、设计工况和载荷情况下稳定的支撑风轮和机舱，以保证风力发电机组安全正常运行。

1.设计内容

在设计中，需要对塔架的承载能力极限状态和正常使用极限状态进行分析。包括：

1）极限强度。塔架的强度分析可采用应力法，可采用传统的应力计算方法，也可采用有限元等数值计算方法。应考虑应力集中，比如门、法兰连接和管壁厚度变化处。

2）疲劳强度。塔架疲劳分析可采用简化疲劳验证法和循环载荷谱的损伤累计法。

3）稳定性。塔架的稳定性分析和力学分析可采用相关标准规定的方法进行。

4）变形限制。塔架变形限制分析可采用传统理论方法，也可采用有限元等数值计算方法。

5）塔架的动力学设计。

2.设计原则

在设计和生产中应坚持以下原则：

1）塔架应具有足够的强度承受作用在风轮和塔架上的静载和动载荷。应保证塔架能承受因运输和安装而引起的外加载荷。(www.xing528.com)

2）应通过计算分析或试验确定塔架的固有特性和阻尼特性，并对塔架进行风轮旋转引起的振动、风引起的顺风向振动和横风向振动进行计算分析，使其在规定的设计工况下满足稳定性和变形限制的要求。

3）应根据安全等级确定载荷局部安全系数和材料局部安全系数。

4）塔架分段应考虑以下因素：运输能力；生产条件和批量；考虑上法兰与短节塔筒焊后进行二次机加工后与塔筒组焊，使法兰平面度提高。

5）通过塔架设计、材料选择和防护措施减少其外部条件对塔架安全性和完整性的影响。

3.设计流程

首先，进行载荷计算。通过计算叶片和机舱传到顶塔筒法兰载荷，将法兰载荷插值到筒壁上。其次，进行塔筒设计。初步确定的塔筒尺寸，根据极限强度确定各段壁厚，进行静强度和刚度校核，屈曲计算（DIN 18800 T4），验算塔筒焊缝疲劳强度；同时，还要考察塔筒门附近静强度和疲劳强度；其三，进行法兰设计。验算法兰螺栓结构的静强度和疲劳强度；塔筒顶部与主机偏航轴承连接部位的静强度和疲劳强度。其四，进行模态计算。考虑叶片-机舱-塔筒-基础的耦合，计算整机模态，并进行共振特性分析。在需要进行抗震设计的地区，还要进行抗震性能分析。还要进行优化设计，一般以塔架顶部直径和壁厚，塔架底部直径和壁厚、中间部位的壁厚为参数，以结构的应力、变形、疲劳、固有频率和经济性为目标，建立有限元模型进行分析，根据结果优化。

4.设计给出的数据

1）筒体尺寸。塔架顶部直径和壁厚，塔架底部直径和壁厚，中间筒节的壁厚，纵向和环向焊缝

2）塔架法兰上的螺栓分布，螺栓规格；力求螺栓受力均匀，而且较小，避免螺栓受附加载荷；同一圆周上的螺栓数目取偶数以便于加工时分度，最好有两个相互垂直的轴便于计算。螺栓应远离对称轴以减少螺栓受力；高强度螺栓连接宜按构件的内力设计值进行。

3）门的尺寸要求。在满足安装作业、维修人员及维护物件搬运要求后，尺寸宜小。门孔处必须足够补强，补强材质应与塔筒材质相同。