1.塔架
1.1. 概述
塔架和基礎(chǔ)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要承載部件。其重要性隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的容量增加,高度增加,愈來愈明顯。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中塔架的重量占風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總重的1/2左右,其成本占風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制造成本的15%左右,由此可見塔架在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)與制造中的重要性。
由于近年來風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量已達(dá)到5MW,風(fēng)輪直徑達(dá)126米,塔架高度達(dá)100米。在德國,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架設(shè)計(jì)必須經(jīng)過建筑部門的批準(zhǔn)和安全證明。
1.2. 塔架的結(jié)構(gòu)與類型
塔架主要分為桁架型和圓筒型。
桁架型的塔架如圖16示。桁架型塔架在早期風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中大量使用,其主要優(yōu)點(diǎn)為制造簡單、成本低、運(yùn)輸方便,但其主要缺點(diǎn)為不美觀,通向塔頂?shù)纳舷绿葑硬缓冒才牛舷聲r(shí)安全性差。

圖16 桁架型的塔架
圓筒型塔架如圖17示。在當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中大量采用,其優(yōu)點(diǎn)是美觀大方,上下塔架安全可靠。

圖17 圓筒型塔架
以結(jié)構(gòu)材料可分為鋼結(jié)構(gòu)塔架和鋼筋混凝土塔架。
鋼筋混凝土塔架在早期風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中大量被應(yīng)用,如我國福建平漂55kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(1980年)、丹麥Tvid 2MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(1980年),后來由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大批量生產(chǎn),從批量生產(chǎn)的需要而被鋼結(jié)構(gòu)塔架所取代。近年隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量的增加,塔架的體積增大,使得塔架運(yùn)輸出現(xiàn)困難,又有以鋼筋混凝土塔架取代鋼結(jié)構(gòu)塔架的苗頭。
1.3. 塔架的設(shè)計(jì)與計(jì)算
塔架的主要功能是支承風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)械部件,發(fā)電系統(tǒng)(重力負(fù)荷),承受風(fēng)輪的作用力和風(fēng)作用在塔架上的力(彎矩、推力及對塔架的扭力),塔架還必須具有足夠的疲勞強(qiáng)度,能承受風(fēng)輪引起的振動載荷,包括起動和停機(jī)的周期性影響、突風(fēng)變化、塔影效應(yīng)等。塔架的剛度要適度,其自振頻率(彎曲及扭轉(zhuǎn))要避開運(yùn)行頻率(風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)頻率的3倍)的整數(shù)倍。塔架自振頻率高于運(yùn)行頻率的塔稱之為鋼塔,低于運(yùn)行頻率的塔稱之為柔塔。
(1). 塔架靜強(qiáng)度的載荷條件