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為確保現(xiàn)代兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計、制造和運(yùn)行維護(hù)過程的規(guī)范，對發(fā)電機(jī)組進(jìn)行認(rèn)證是重要步驟。通過嚴(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，甚至在某些國家，通過特定的認(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，國際上通用的風(fēng)電認(rèn)證規(guī)范有IEC 614001、德國勞埃德(GL)認(rèn)證規(guī)范、丹麥的DS 472標(biāo)準(zhǔn)和我國的鑒衡認(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)傳過來所有的載荷。對塔架的分析計算是要確保風(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，本研究主要是對上述兩種強(qiáng)度分析計算。
塔架的制造過程主要是鋼材的焊接過程，塔架中焊縫主要由環(huán)焊縫、縱焊縫組成。針對風(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)計要求，縱焊縫自然就滿足了要求。通過Eurocode3可以查到環(huán)焊縫的疲勞等級DC一般都在90，而在B 50017可以查到縱焊縫的疲勞等級DC一般在144。可見縱焊縫的疲勞等級至少要大于環(huán)形焊縫的DC，而其應(yīng)力與環(huán)焊縫相當(dāng)，設(shè)計中一般都不對縱焊縫進(jìn)行計算，所以僅針對環(huán)焊縫進(jìn)行極限強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度計算。
本研究以某兆瓦級風(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單，塔架結(jié)構(gòu)對稱，所以塔架可以簡化為固支梁，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，不考慮載荷施加方式對整個應(yīng)力分布的影響。所以可以采用靜力等效方法進(jìn)行應(yīng)力計算。因此材料力學(xué)中的截面應(yīng)力計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，充分考慮不同截面的應(yīng)力，只有薄板滿足強(qiáng)度要求時，厚板自然就滿足了要求，不同壁厚薄板通過校核該焊縫才能夠通過校核。
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