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為確保現(xiàn)代兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行維護(hù)過(guò)程的規(guī)范，對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行認(rèn)證是重要步驟。通過(guò)嚴(yán)格認(rèn)證的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組被認(rèn)為是值得信賴和可靠的，這不但有助于開拓市場(chǎng)，甚至在某些國(guó)家，通過(guò)特定的認(rèn)證是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行的強(qiáng)制法律要求。目前，國(guó)際上通用的風(fēng)電認(rèn)證規(guī)范有IEC 614001、德國(guó)勞埃德(GL)認(rèn)證規(guī)范、丹麥的DS 472標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)的鑒衡認(rèn)證。
塔架是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要的承載部件，塔架承載著風(fēng)機(jī)傳過(guò)來(lái)所有的載荷。對(duì)塔架的分析計(jì)算是要確保風(fēng)機(jī)在使用期限內(nèi)不發(fā)生任何失效。目前較為常見的強(qiáng)度失效形式有靜強(qiáng)度失效和疲勞強(qiáng)度失效，本研究主要是對(duì)上述兩種強(qiáng)度分析計(jì)算。
塔架的制造過(guò)程主要是鋼材的焊接過(guò)程，塔架中焊縫主要由環(huán)焊縫、縱焊縫組成。針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的塔架而言，縱焊縫所受載荷基本與環(huán)焊縫相同，只是位置不同，縱焊縫與環(huán)焊縫存在交匯點(diǎn)，該交匯點(diǎn)一般可以代表縱焊縫的應(yīng)力狀態(tài)，所以只要環(huán)形焊縫滿足極限強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，縱焊縫自然就滿足了要求。通過(guò)Eurocode3可以查到環(huán)焊縫的疲勞等級(jí)DC一般都在90，而在B 50017可以查到縱焊縫的疲勞等級(jí)DC一般在144。可見縱焊縫的疲勞等級(jí)至少要大于環(huán)形焊縫的DC，而其應(yīng)力與環(huán)焊縫相當(dāng)，設(shè)計(jì)中一般都不對(duì)縱焊縫進(jìn)行計(jì)算，所以僅針對(duì)環(huán)焊縫進(jìn)行極限強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度計(jì)算。
本研究以某兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組錐形塔架為例，該塔架塔頂離地而高度為80 m，為了方便機(jī)組的運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)安裝，該塔架總共分為4段，塔段之間采用L型法蘭和高強(qiáng)螺栓連接，每段塔段又由多塊不同板厚的鋼板焊接而成。發(fā)電機(jī)組的重要幾何參數(shù)如表所示(由于篇幅的原因，以下表格僅取了其中七節(jié)焊接段)，各焊接段直徑和壁厚隨高度的變化而變化。
由于塔架所受的極限載荷簡(jiǎn)單，塔架結(jié)構(gòu)對(duì)稱，所以塔架可以簡(jiǎn)化為固支梁，其大部分焊縫的位置和受載狀態(tài)滿足圣維南原理(Saint Venant principle)，即集中載荷位置與焊縫位置的距離較遠(yuǎn)，或者說(shuō)，不考慮載荷施加方式對(duì)整個(gè)應(yīng)力分布的影響。所以可以采用靜力等效方法進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算。因此材料力學(xué)中的截面應(yīng)力計(jì)算方法均適用于塔架環(huán)焊縫。當(dāng)焊縫連接兩種不同壁厚的焊接段時(shí)，充分考慮不同截面的應(yīng)力，只有薄板滿足強(qiáng)度要求時(shí)，厚板自然就滿足了要求，不同壁厚薄板通過(guò)校核該焊縫才能夠通過(guò)校核。
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