1.5MW机组塔筒模态分析实例

1.结构简介

1.5MW机组的塔筒采用多段锥筒式结构，由Q345板材焊接成型。本次分析的主要对象为塔筒，风轮和机舱部分的几何形状对塔筒动态特性的影响很小，为此分析中采取塔筒实体建模，风轮和机舱部分等效质点建模的方法。塔筒三维结构图见图12-8。

图12-7 风力发电机组Campbell图例

图12-8 1.5MW机组塔筒整体结构

2.有限元建模

塔筒采用8节点6面体单元分网。在风轮和机舱的等效质点处建立质量单元，并赋予风轮和机舱等效惯性属性（质量和转动惯量），该单元与塔筒上端面节点采用刚性梁单元连接。塔筒底部下端面施加全位移约束。

3.计算方法及结果

分析中选用Block Lanczos法提取塔筒前6阶模态。塔筒各阶模态固有频率数值见表12-4。各阶模态振型见图12-9～图12-14。

表12-4 塔筒模态分析结果

4.模态校核

根据参考文献[45]对塔筒设计的规定：塔筒的固有频率f_0，n和激振频率f_R、f_R，m之间应确保适当的间隔。即：

图12-9 一阶模态振型

(www.xing528.com)

图12-10 二阶模态振型

图12-11 三阶模态振型

图12-12 四阶模态振型

图12-13 五阶模态振型

图12-14 六阶模态振型

式中 f_R——正常运行范围内风轮的最大旋转频率；

f_0，1——塔筒的第一阶固有频率；

f_R，m——m个风轮叶片的通过频率；

f_0，n——塔筒的第n阶固有频率。

由有限元计算得到：塔筒的第一阶固有频率为0.3511Hz，根据上式可以确定该机组风轮的转速在7.74～19.01r/min范围内可满足振动设计要求。

图12-15 1.5MW塔筒坎贝尔图