风电机组基本自振周期的经验公式
|
摘要
风电机组基本自振周期在动力学分析和抗震分析中极为重要,由于统计数据数量少,目前相关研究尚未获得简单、准确的经验公式。有鉴于此,本文推导出近似理论公式,并依据63台风电机组实际数据,采用拟合分析的方法总结出3种包含不同参数的经验公式,并进行了误差评价。根据风电机组已知数据的详细程度,可选用相应的经验公式进行基本自振周期计算或者定性判断,为进一步的动力学分析和抗震分析提供参考。
The fundamental natural period of wind turbines is extremely important in the dynamic and seismic analysis. At present, in the corresponding research, due to the limited statistical data, a simple and accurate empirical formula is not available yet. Therefore an approximate theoretical formula is derived here. Based on the statistical data of 63 wind turbines, by the method of fitting analysis, three types of empirical formulas with different parameters are obtained and evaluated. According to the data integrity of wind turbines, the corresponding empirical formula can be chosen to calculate the fundamental natural period or estimate it qualitatively, which provides a reference for the further dynamic and seismic analysis.
The fundamental natural period of wind turbines is extremely important in the dynamic and seismic analysis. At present, in the corresponding research, due to the limited statistical data, a simple and accurate empirical formula is not available yet. Therefore an approximate theoretical formula is derived here. Based on the statistical data of 63 wind turbines, by the method of fitting analysis, three types of empirical formulas with different parameters are obtained and evaluated. According to the data integrity of wind turbines, the corresponding empirical formula can be chosen to calculate the fundamental natural period or estimate it qualitatively, which provides a reference for the further dynamic and seismic analysis.
引文
[1]World wind energy association.http://www.wwindea.org/home/index.php?option=com_content&task=view&id=345&Itemid=43.
[2]Global wind energy council.Global wind energy outlook2010[R].2010.
[3]祝磊.风电机组结构抗震研究现状[J].风能.2010(2):58-59.
[4]季亮,祝磊.风电机组抗震研究综述.中国可再生能源学会[C].北京:2011(9):1-6.
[5]中华人民共和国住房和城乡建设部.烟囱设计规范[S].北京:中国计划出版社,2003.
[6]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑结构荷载规范[S].北京:中国计划出版社,2003.
[7]US.Department of Structural Engineering University of California.Assessment of Wind Turbine Seismic Risk:Existing Literature and Simple Study of Tower Moment Demand[R].Springfield:U.S.National Technical Information Service,2009.3:3-25.
[8]日本土木学会.风力发电设备支持物构造设计指针.同解说[S].2010.
[9]祝磊,姚小芹,王元清,等.600kW风电机组地震反应谱分析.太阳能学报[J],2012,33(10).
[10]ZHU LEI.Seismic response of wind turbine in the parked and operating conditions[D].Tokyo:the University of Tokyo.2007.
[11]ZHU LEI,WANG YUANQING,SHI YONGJIU.Seismic load analysis of wind turbines by response spectrum approach[C].The2nd International Conference on Energy and Environment Technology(ICEET2010),Changsha,China,2010.12:1706-1709.
[12]ANDERS A.Aeroelastic Simulation of Wind Turbine Dynamics[D].Sweden:Royal Institute of Technology Department of Mechanics.2005,4:97-138.
[13]IAN PROWELL P.E.,Chia-Ming Uang.Shake Table Testing of a Utility-Scale Wind Turbine[J].Journal of Engineering Mechanics,2011,12:47.
[14]李俊.大型风电机组整机及关键部件仿真分析与优化设计研究[D].重庆:重庆大学,2011(3):93-105.
[15]李声艳.大型风电机组的动力学特性计算分析[D].天津工业大学,2007(1):23-38.
[16]许燕.大型风力机塔架的静动态分析[J].新技术新工艺,2010(6):31-33.
[17]吴迪.大型风力机组支撑结构性能研究[D].北京:华北电力大学,2011(3):17-21.
[18]曹青,张燎军,汪清.地基基础对风力发电机塔架系统地震响应的影响研究[J].水力发电学报,2011,30(6):122-125.
[19]李斌,姜福杰.风力发电机锥筒型塔架的模态分析[J],内蒙古科技大学学报.2009,28(4):122-125.
[20]戴建斌.风力机塔架的有限元建模及静动态特性分析[D].兰州:兰州理工大学,2011(5):23-36.
[21]贺广零.考虑土-结构相互作用的风力发电高塔系统地震动力响应分析[J].机械工程学报,2009,45(7):77-93.
[22]罗振.水平轴风力机风轮和塔架耦合动力学分析[D],汕头:汕头大学,2011(6):16-31.
[23]李钢强.水平轴风力机结构动力响应分析[D].汕头:汕头大学,2010(5):47-55.
[24]童跃.水平轴风力机塔架载荷及振动的有限元分析[D].兰州:兰州理工大学,2011(6):32-40.
[25]张晨晨.兆瓦级风电机组的动力学分析[D].沈阳:沈阳工业大学,2007(3):17-60.
[26]马跃强.风力发电塔系统整体建模与模态分析研究[J],石家庄铁道大学学报,2010,23(4):21-24.
[27]JONKMAN J,BUTTERFIELD S,MUSIAL W.Definition of a5-MW Reference Wind Turbine for Offshore System Development[R].U.S.Department of Energy Office of Scientific and Technical Information,2009,1.
[28]刘桦.风电机组系统动力学模型及关键零部件优化研究[D].重庆:重庆大学,2009(10):54-95.
[29]陈前,世晓,邹早建.海上风电机组支撑结构动力特性分析[J].振动与冲击,2012,31(2):86-90.
[30]余长海.基于钢塔架风电机组振动性能研究[D].北京:北京交通大学,2011(6):31-42.
[31]吕钢.基于有限元法的水平轴风力机塔架动态响应与优化问题研究[D].兰州:兰州理工大学,2009(5):19-54.
[32]曹青,张豪.考虑土-结构相互作用的风力发电机塔架地震响应分析[J].西北地震学报,2011,33(1):62-66.
[33]李华明.基于有限元法的风电机组塔架优化设计与分析[D].新疆:新疆农业大学,2004(6):24-30.
[34]Summary of In-Situ Data for the NEESR-II Project:A Seismic Study of Wind Turbines for Renewable Energy[R].U.S:Sponsored by the National Science Foundation,2011.
[35]赵英琦.200kW风电机组塔架设计与试验[J].水利电力施工机械,1994(5):25.
[36]赵吉文,谢芳,刘永斌.600kW风力机塔架结构参数粒子群优化设计[J].中国机械工程,2007,18(15):1776-1778.
[37]朱新华,黄方林,张刘刚.大型风电机组塔架的模态分析及稳定性分析[J].铁道科学与工程学报,2010,7(6):87-89.
[38]王慧慧,黄方林,吴合良,等.风力发电机塔架的有限元分析[J].山东交通学院学报,2009,17(2):63-67.
[39]李仁年,童跃,杨瑞.风力发电机塔架固有频率和振型的有限元分析[J].甘肃科学学报,2011,23(3):72-75.
[40]吴春艳,金鑫,何玉林,等.风力发电机在地震-风力作用下的载荷计算[J].中国机械工程,2011,22(18):2236-2240.
[41]严磊.风力发电机支撑体系结构设计研究[D].天津:天津大学,2008(5):48-96.
[42]冯博.风电机组塔筒结构分析研究[D].重庆:重庆大学,2010(10):45-53.
[43]庞强.风力机结构组件的有限元模拟与优化设计[D].上海:上海交通大学,2008(1):43-59.
[44]朱仁胜,刘永梅,蒋东翔,等.基于MW级风力发电机塔架的有限元分析[J].机械设计与制造,2011(5):104-106.
[45]李俊,何玉林,刘军,等.基于风力机整机气弹稳定性的塔筒结构优化[J].重庆大学学报,2011,34(11):7-12.
[46]刘海卿,于春艳,杜岩.考虑叶片与塔架耦合作用的风电塔架风振响应分析[J].防灾减灾工程学报,2010(9):139-142.
[47]谢建华,崔新维,岳勇.适用于特殊风区的风电机组塔架的再设计[J].可再生能源,2011,29(3):3-5.
[48]赵荣珍,吕钢.水平轴风力发电机塔架的振动模态分析[J].兰州理工大学报,2009,35(2):33-36.
[49]李娟.水平轴风电机组钢管塔架风致响应分析[D].山东:山东大学,2009(5):6-22.
[50]赵先民.水平轴风力机动力特性和流场的数值模拟[D].上海:同济大学,2007(4):11-38.
[51]康顺,尹景勋,刘云飞.水平轴风力机结构动力学分析[J].工程热物理学报,2009,30(5):777-780.
[52]宋曦,戴建鑫.水平轴风力机塔架的力学建模及ANSYS仿真分析[J].甘肃科学学报,2011,23(1):37-55.
[53]金大伟.兆瓦级风电机组整机结构强度分析[D].辽宁:辽宁工程技术大学,2009(12):37-55.
[54]LAVASSAS I.,NIKOLAIDIS G.,ZERVAS P..Analysis and design of the prototype of a steel1-MW wind turbine tower[J].Engineering Structures,2003,25(8):1097-1106.
[55]刘勇.基于有限元法的风力发电机塔架模态分析[J].装备制造技术,2011(3):41-43.
[56]N.BAZEOS,G.D.HATZIGEORGIOU,I.D.Static,seismic and stability analyses of a prototype wind turbine steel tower[J].Engineering Structures,2002:1015-1024.
[57]陆萍.风力机塔架结构通用前后处理系[J].太阳能学报,2000,21(3):288-290.
[2]Global wind energy council.Global wind energy outlook2010[R].2010.
[3]祝磊.风电机组结构抗震研究现状[J].风能.2010(2):58-59.
[4]季亮,祝磊.风电机组抗震研究综述.中国可再生能源学会[C].北京:2011(9):1-6.
[5]中华人民共和国住房和城乡建设部.烟囱设计规范[S].北京:中国计划出版社,2003.
[6]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑结构荷载规范[S].北京:中国计划出版社,2003.
[7]US.Department of Structural Engineering University of California.Assessment of Wind Turbine Seismic Risk:Existing Literature and Simple Study of Tower Moment Demand[R].Springfield:U.S.National Technical Information Service,2009.3:3-25.
[8]日本土木学会.风力发电设备支持物构造设计指针.同解说[S].2010.
[9]祝磊,姚小芹,王元清,等.600kW风电机组地震反应谱分析.太阳能学报[J],2012,33(10).
[10]ZHU LEI.Seismic response of wind turbine in the parked and operating conditions[D].Tokyo:the University of Tokyo.2007.
[11]ZHU LEI,WANG YUANQING,SHI YONGJIU.Seismic load analysis of wind turbines by response spectrum approach[C].The2nd International Conference on Energy and Environment Technology(ICEET2010),Changsha,China,2010.12:1706-1709.
[12]ANDERS A.Aeroelastic Simulation of Wind Turbine Dynamics[D].Sweden:Royal Institute of Technology Department of Mechanics.2005,4:97-138.
[13]IAN PROWELL P.E.,Chia-Ming Uang.Shake Table Testing of a Utility-Scale Wind Turbine[J].Journal of Engineering Mechanics,2011,12:47.
[14]李俊.大型风电机组整机及关键部件仿真分析与优化设计研究[D].重庆:重庆大学,2011(3):93-105.
[15]李声艳.大型风电机组的动力学特性计算分析[D].天津工业大学,2007(1):23-38.
[16]许燕.大型风力机塔架的静动态分析[J].新技术新工艺,2010(6):31-33.
[17]吴迪.大型风力机组支撑结构性能研究[D].北京:华北电力大学,2011(3):17-21.
[18]曹青,张燎军,汪清.地基基础对风力发电机塔架系统地震响应的影响研究[J].水力发电学报,2011,30(6):122-125.
[19]李斌,姜福杰.风力发电机锥筒型塔架的模态分析[J],内蒙古科技大学学报.2009,28(4):122-125.
[20]戴建斌.风力机塔架的有限元建模及静动态特性分析[D].兰州:兰州理工大学,2011(5):23-36.
[21]贺广零.考虑土-结构相互作用的风力发电高塔系统地震动力响应分析[J].机械工程学报,2009,45(7):77-93.
[22]罗振.水平轴风力机风轮和塔架耦合动力学分析[D],汕头:汕头大学,2011(6):16-31.
[23]李钢强.水平轴风力机结构动力响应分析[D].汕头:汕头大学,2010(5):47-55.
[24]童跃.水平轴风力机塔架载荷及振动的有限元分析[D].兰州:兰州理工大学,2011(6):32-40.
[25]张晨晨.兆瓦级风电机组的动力学分析[D].沈阳:沈阳工业大学,2007(3):17-60.
[26]马跃强.风力发电塔系统整体建模与模态分析研究[J],石家庄铁道大学学报,2010,23(4):21-24.
[27]JONKMAN J,BUTTERFIELD S,MUSIAL W.Definition of a5-MW Reference Wind Turbine for Offshore System Development[R].U.S.Department of Energy Office of Scientific and Technical Information,2009,1.
[28]刘桦.风电机组系统动力学模型及关键零部件优化研究[D].重庆:重庆大学,2009(10):54-95.
[29]陈前,世晓,邹早建.海上风电机组支撑结构动力特性分析[J].振动与冲击,2012,31(2):86-90.
[30]余长海.基于钢塔架风电机组振动性能研究[D].北京:北京交通大学,2011(6):31-42.
[31]吕钢.基于有限元法的水平轴风力机塔架动态响应与优化问题研究[D].兰州:兰州理工大学,2009(5):19-54.
[32]曹青,张豪.考虑土-结构相互作用的风力发电机塔架地震响应分析[J].西北地震学报,2011,33(1):62-66.
[33]李华明.基于有限元法的风电机组塔架优化设计与分析[D].新疆:新疆农业大学,2004(6):24-30.
[34]Summary of In-Situ Data for the NEESR-II Project:A Seismic Study of Wind Turbines for Renewable Energy[R].U.S:Sponsored by the National Science Foundation,2011.
[35]赵英琦.200kW风电机组塔架设计与试验[J].水利电力施工机械,1994(5):25.
[36]赵吉文,谢芳,刘永斌.600kW风力机塔架结构参数粒子群优化设计[J].中国机械工程,2007,18(15):1776-1778.
[37]朱新华,黄方林,张刘刚.大型风电机组塔架的模态分析及稳定性分析[J].铁道科学与工程学报,2010,7(6):87-89.
[38]王慧慧,黄方林,吴合良,等.风力发电机塔架的有限元分析[J].山东交通学院学报,2009,17(2):63-67.
[39]李仁年,童跃,杨瑞.风力发电机塔架固有频率和振型的有限元分析[J].甘肃科学学报,2011,23(3):72-75.
[40]吴春艳,金鑫,何玉林,等.风力发电机在地震-风力作用下的载荷计算[J].中国机械工程,2011,22(18):2236-2240.
[41]严磊.风力发电机支撑体系结构设计研究[D].天津:天津大学,2008(5):48-96.
[42]冯博.风电机组塔筒结构分析研究[D].重庆:重庆大学,2010(10):45-53.
[43]庞强.风力机结构组件的有限元模拟与优化设计[D].上海:上海交通大学,2008(1):43-59.
[44]朱仁胜,刘永梅,蒋东翔,等.基于MW级风力发电机塔架的有限元分析[J].机械设计与制造,2011(5):104-106.
[45]李俊,何玉林,刘军,等.基于风力机整机气弹稳定性的塔筒结构优化[J].重庆大学学报,2011,34(11):7-12.
[46]刘海卿,于春艳,杜岩.考虑叶片与塔架耦合作用的风电塔架风振响应分析[J].防灾减灾工程学报,2010(9):139-142.
[47]谢建华,崔新维,岳勇.适用于特殊风区的风电机组塔架的再设计[J].可再生能源,2011,29(3):3-5.
[48]赵荣珍,吕钢.水平轴风力发电机塔架的振动模态分析[J].兰州理工大学报,2009,35(2):33-36.
[49]李娟.水平轴风电机组钢管塔架风致响应分析[D].山东:山东大学,2009(5):6-22.
[50]赵先民.水平轴风力机动力特性和流场的数值模拟[D].上海:同济大学,2007(4):11-38.
[51]康顺,尹景勋,刘云飞.水平轴风力机结构动力学分析[J].工程热物理学报,2009,30(5):777-780.
[52]宋曦,戴建鑫.水平轴风力机塔架的力学建模及ANSYS仿真分析[J].甘肃科学学报,2011,23(1):37-55.
[53]金大伟.兆瓦级风电机组整机结构强度分析[D].辽宁:辽宁工程技术大学,2009(12):37-55.
[54]LAVASSAS I.,NIKOLAIDIS G.,ZERVAS P..Analysis and design of the prototype of a steel1-MW wind turbine tower[J].Engineering Structures,2003,25(8):1097-1106.
[55]刘勇.基于有限元法的风力发电机塔架模态分析[J].装备制造技术,2011(3):41-43.
[56]N.BAZEOS,G.D.HATZIGEORGIOU,I.D.Static,seismic and stability analyses of a prototype wind turbine steel tower[J].Engineering Structures,2002:1015-1024.
[57]陆萍.风力机塔架结构通用前后处理系[J].太阳能学报,2000,21(3):288-290.
版权所有：© 2023 中国地质图书馆 中国地质调查局地学文献中心