風力發電機組塔筒傾斜的測量及運行時的受力分析

白 杰 ，曹 恒

1.寧夏賀蘭山風力發電廠，寧夏銀川 750001

2.寧夏賀蘭山風力發電廠，寧夏銀川 750001

1 測量方案

首先選擇一觀測點A，該點必須滿足條件：到塔筒的距離遠大于塔筒的半徑。通過全站儀觀測外塔筒的兩個邊緣（B，C），可以確定∠BAC的角度，從而得到了∠BAO的角度，由此確定底塔筒的圓心O點的位置，同時也確定AO與低塔筒的外邊緣的交點X的位置，即可測量到AX的長度。同樣的方法確定也可確定M點的位置，這樣就可以精確的測量到∠MAO的大小。

直線HOQ與AO垂直，這樣在直角三角形AOH中可以計算出HO的長度：

HO=AO·tg∠HAO，其中，AO=AX+XO

XO為底塔筒的半徑，直接測量并不精確，這時可以測量底塔筒的周長S，從而計算出半徑XO=S/2Л

接下來在與AO垂直的方向，選取第2個觀測點Q，同樣要求，Q到塔筒的距離遠遠要大于塔筒半徑，用和上述同樣的方法，可以測量出∠MQO的大小，同時由于A點的選點要求，即到塔筒的距離遠大于塔筒的半徑，所以∠MAO是很小的，也就是可以近似看作直線HQ是垂直于AH的，這樣在直角三角形MHQ中可以計算出：MH=HQ·tg∠HQO，其中：HQ=OQ±HO

正負符號的選擇取決于Q點位置的選取，如圖所示，HQ=OQ+HQ，若Q點選在AO的另一邊則HQ=OQ-HO。

這樣，在直角三角形MHO中，兩直角邊已經知道，便可以計算出偏移量MO的大小：MO=

針對各種風機要求可以判斷該偏移量是否在允許的范圍之內，例如某風機的規定傾斜度最大許可值為8mm/m,對于65m的塔筒，其偏移量的最大值為：8×65mm=520mm。當MO在該范圍之內，即為可以允許的。

2 風機運行對塔筒傾斜造成的影響

風力發電機組的葉輪大多是由三條窄而長的槳葉構成，空氣的動力在槳葉上產生了兩種效果的力：升力和推力，升力用來推動槳葉旋轉使發電機風力機發電，而水平方向的推力對風力機是破壞力，不但不對發電產生任何作用，還使風機及塔筒受到了水平及方向的載荷。

G為塔筒之外的風力發電機所有部件的重量，假設它和塔筒中心不在一條線上，離心距離為e；F為風對風機的推力；M為風機的升力的作用力距。

在這些作用力下塔筒會發生彎曲變形，進而影響頂、底塔筒中心的偏移量。

現用疊加法計算偏移：

2.1 推力F的影響

在推力F的作用下，塔筒會向F力的方向（即右邊）彎曲，因此產生的偏移為：

2.2 升力力矩M的影響

在升力力矩M的作用下，塔筒會向面向紙張向里的方向彎曲，此時產生的偏移為：

2.3 重力G產生的影響

G為塔筒之外的所有風力發電機的重量，它和塔筒中心不在一條線上，離心距離為e，

其中，等效力矩MG=G·e ，此時產生的偏移為水平方向，

每個葉片受到的推力的經驗公式為F葉片=K2Sv2

3 公式分析

塔筒材料和幾何形狀的選擇對于降低風機運行時的變形是十分有效的，因為制造、搬運輸等原因導致局部區域塔筒材料的彈性模量E和關于中性軸的慣性距I減小，從而使變形擴大，對風機的影響可能是毀滅性的，因此在風機吊裝初期對于塔筒的驗收檢查應當嚴謹科學。建議在驗收過程中增加塔筒傾斜度測量項目；對于運行時間較長的風電廠，建議將塔筒傾斜度測量納入風機技術監督項目，定期進行檢查。

適當的調整風機除塔筒外其他部分葉片和機艙的重心位置，即調整公式中e的大小和正負號，對于減小運行時的塔筒變形量是有幫助的。

[1]鴻文主編.材料力學.3版.高等教育出版社.

[2]蘇紹禹編著.風力發電機設計與維護運行.中國電力出版社.