劉芳平 潘冬冬 劉 靈 付志偉

（江西大唐國際新能源有限公司，南昌 330046）

隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，環(huán)境問題也越來越嚴重，人們逐漸轉(zhuǎn)向清潔無污染的能源，例如，太陽能、風能等。根據(jù)近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，風能的利用遠遠高于其他的能源。我國在風能的利用上起步較晚，但總的來說發(fā)展迅速。但是由于我國自主風電研發(fā)能力不足，風電都是依賴于進口，導(dǎo)致了我國的風電建設(shè)受到限制[1]。風電的支撐體系是風機塔筒，如果缺乏對塔筒的自主研發(fā)，一味的依賴于進口，在風機塔筒的實際利用上不考慮實際的情況，將會使得整個風電系統(tǒng)陷入癱瘓，因此研究風機塔筒對我國的風電建設(shè)十分有意義。

1 風機塔筒結(jié)構(gòu)主要破壞形式

世界風電建設(shè)技術(shù)已經(jīng)十分完善，但是由于我國風電建設(shè)起步較晚，風機主要依賴于外國進口，外國一些先進的風電建設(shè)技術(shù)并沒有引進到國內(nèi)。另外，我國有些企業(yè)搶奪風力資源或風電建設(shè)期間搶進度，導(dǎo)致風機基礎(chǔ)建設(shè)存在安全隱患。并且，在風電并網(wǎng)運行期間，設(shè)備運維人員管理不到位，飛車引起風機倒塌事件的發(fā)生[2]。

風機支撐系統(tǒng)是由風機塔筒和基礎(chǔ)組成的。塔筒結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致風電事故的發(fā)生的所占比例最大，約為18.0%，其次是變速箱16.0%，發(fā)電機13.0%[3]。因此，塔筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計對風機支撐系統(tǒng)的研究十分重要。

2 風機塔筒結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析

風機地震結(jié)構(gòu)的分析方法主要有三種：一種是考慮各種非線性特性，例如大變形、塑性等，這種是完全法瞬態(tài)動力分析；一種是在施加單元荷載時，僅僅施加在自由度上的縮減法瞬態(tài)動力分析；一種是采用模態(tài)分析所得到結(jié)構(gòu)的不同振型與不同振型下的因子相乘并求和來得到計算結(jié)果的模態(tài)疊加法瞬態(tài)動力分析[4]。其中，完全法的瞬態(tài)動力分析是指利用完整的矩形陣來進行計算，這種算法在進行計算的時候可以進一步的對其進行施加，其中包括單元荷載，初始位移?？s減法瞬態(tài)動力分析主要是在主自由度的基礎(chǔ)上進行計算的，并且在計算的時候只是施加初始的位移，并且不能夠像完全法的瞬態(tài)動力分析法那樣施加一定的荷載。由于在施加的時候只是主自由度的位移，因此得到的結(jié)果也只是主自由度的位移。除此之外，還有模態(tài)疊加法瞬態(tài)動力分析法，這種方法可以加單元的荷載引入到實際的瞬態(tài)的動力分析中，在對非線性的分析往往不會考慮那么多，僅僅是考慮對點之間的接觸。

2.1 地震波特性分析

在對地震波的特性進行分析的時候，可以采取兩種方法，一種就是不斷的對地震波的數(shù)值進行修改，使得修改的地震波的影響因素的曲線能夠與傳統(tǒng)意義上的地震波的影響因素的曲線進一步的進行吻合，還有一種是利用地震波的加速度進行分析。在對風機塔筒的結(jié)構(gòu)進行分析的時候，首先需要對地震波進行選取，然后對地震波的特性進行分析。在地震波的選取時，要考慮的因素有：建筑物的抗震設(shè)防，地震的基本烈度。

在地震波的選取的時候通常不是隨便進行的，而是需要滿足一定的條件，具體的條件如下：

（1）在進行風電機構(gòu)設(shè)計的時候所選取的地震波必須要與風機結(jié)構(gòu)的振型周期最為接近，只有這樣才能夠最真實的反映出風電機構(gòu)的特性。

（2）在進行地震機構(gòu)進行設(shè)計的時候需要進一步的對地震波的加速度的峰值詳細的記錄，并根據(jù)風機的級別進行有效的設(shè)置，這個級別是指抗震的級別，只有兩者的加速度的峰值十分的接近，才能夠進一步的對不規(guī)范的加速度進行有效的調(diào)整。

（3）根據(jù)風電場的場地的速度也就是剪切的速度以及基礎(chǔ)的覆蓋風電場的土層的厚度來對風電場的場地進行有效的區(qū)分，并對建筑物的周期進行確定，只有從這幾個方面來進行風電結(jié)構(gòu)的確立，才能夠進一步的確定風機塔筒的結(jié)構(gòu)。

2.2 結(jié)構(gòu)最不利地震波輸入方向研究

在風-震組合下，風機的塔筒結(jié)構(gòu)發(fā)生變化也與地震波的方向有密切的關(guān)系，主要體現(xiàn)在0°方向，在這個方向下風機的塔筒結(jié)構(gòu)加速度的最大值反應(yīng)最大。除此之外在90°、60°度和30°度方向輸入地震波，風機塔筒的加速度也有一定的反應(yīng)。地震動0°方向輸入使結(jié)構(gòu)的位移反應(yīng)最大，達到1.007m，該值超過了由風荷載起主控作用的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定界限值0.672m，但未超過結(jié)構(gòu)的材料安全界限值1.081m。地震動90°方向輸入使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最大應(yīng)力值，其次是0°方向輸入。上述的研究表明，要想在地震作用下保證風機塔筒的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定安全，必須從30°方向輸入，其中對風機塔筒結(jié)構(gòu)造成的影響最大的方向就是地震波與風的作用方向垂直。當?shù)卣鸩ㄅc風的作用方向相互垂直的時候，容易使得風機塔筒發(fā)生嚴重的結(jié)構(gòu)損壞，使塔筒開口處頂部位置產(chǎn)生最大應(yīng)力及最大應(yīng)變。因此，可以根據(jù)該地區(qū)最常見的地震波方向以及作用力較大的風向來對風機塔筒進行改善加固，增強風機塔筒的性能，加固風機塔筒薄弱位置[5]。

3 結(jié)論

有研究顯示從X、Y、Z三個軸的方向輸入地震波，最后發(fā)現(xiàn)從X方向輸入的地震波對風機塔筒的結(jié)構(gòu)影響最大，在此方向上風機塔筒的加速度以及結(jié)構(gòu)變化十分的明顯，并且與對地震波載波的大小、位移等有密切的關(guān)系。對風機的結(jié)構(gòu)進行改造時，應(yīng)該根據(jù)地震波的輸入方向來對風機塔筒進行合理的設(shè)計，盡量避免地震波從X方向輸入，同時也要加強風機塔筒的性能，進一步提升風機塔筒的抗震功能，從而更好的發(fā)揮作用。除此之外，在進行研究的時候還應(yīng)該對風機塔筒結(jié)構(gòu)的高聳性，柔性結(jié)構(gòu)，土體等進行考慮，也要充分的考慮有風或無風情況下土體對風機塔筒結(jié)構(gòu)的影響。