确定钢筋混凝土-钢组合风机塔架固有频率的方法与流程

本发明涉及风力发电
技术领域：
，特别涉及一种确定钢筋混凝土-钢组合风机塔架固有频率的方法。
背景技术：
：当前我国风电开发存在风资源地区与消纳地区之间的矛盾：在风资源丰富的地区，自身电力需求小，所发电能难以送出或就地消纳；而电力需求大的中东部地区，风资源较差，属于低风速地区。在低空区域，一般风速随着离地高度的增加而增加，若要在低风速地区开发风电，可通过抬高风机塔架来让风机获得更多风能，提高风机的发电量。而钢筋混凝土-钢塔架是抬高风机塔架的方案之一，目前在国内低风速地区风力发电项目中已经逐步得到应用。在对钢筋混凝土-钢组合风机塔架进行分析时，必须分析塔架系统的固有频率，其频率必须避开风机的驱动频率，因此在给定风机塔架高度和风机参数条件下，能快速计算出风机塔架固有频率，对确定钢筋混凝土-钢塔架规格和尺寸具有重要意义。常用计算钢筋混凝土-钢塔架固有频率的方法是有限单元法，得到的结果精度较高，但有限单元法中钢筋混凝土-钢组合风机塔架建模较复杂，对计算机硬件要求亦较高，且在初步设计时，在有限元模型中修改塔架尺寸效率很低，因此有必要找到一种可以快速确定且具有一定精度的风机组合塔架系统固有频率的方法。技术实现要素：有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的技术目的在于提供一种确定钢筋混凝土-钢组合风机塔架固有频率的方法，以解决有限单元法建模效率较低和对计算机要求较高的问题。为实现上述技术目的，本发明提供了一种确定钢筋混凝土-钢组合风机塔架固有频率的方法，包括以下步骤：a.确定钢筋混凝土塔架底部筒壁外圆半径r1，顶部筒壁外圆半径r2和钢筋混凝土塔架总高度h1；b.确定钢塔架底部筒壁外圆半径r3，顶部筒壁外圆半径r4和，钢塔架总高度h2；c.计算塔架等效壁厚t：钢筋混凝土塔架等效壁厚t1，钢塔架等效壁厚t2；d.确定组合风机塔架顶部风机设备总质量m；e.在钢筋混凝土塔架组成材料为钢筋混凝土时，确定其材料的弹性模量为ec；在钢塔架组成材料为钢材时，确定其材料的弹性模量为es；f.钢筋混凝土-钢组合风机塔架固有频率按照下式计算：δ＝δcf+δcm+(θcf+θcm)h2+δsf(2)钢筋混凝土塔架顶部变形：钢塔架顶部相对于钢筋混凝土塔架的变形：式(1)～(13)中，f为组合风机塔架固有频率；r为不同高度坐标z处塔架筒壁外圆半径，δcf为单位水平力在钢筋混凝土塔架顶部产生的塔架水平挠度；δcm为单位弯矩在钢筋混凝土塔架顶部产生的塔架水平挠度；θcf为单位水平力在钢筋混凝土塔架顶部产生的塔架转角；θcm为单位弯矩在钢筋混凝土塔架顶部产生的塔架转角；δsf为单位水平力仅在钢塔架段产生的水平挠度。步骤a中，钢筋混凝土塔架位于组合风机塔架下段，钢筋混凝土塔架截面为圆环形，沿竖直方向钢筋混凝土塔架截面外径随塔架高度增加而线性减小。步骤b中，钢塔架布置在组合风机塔架上段，钢塔架截面为圆环形，沿竖直方向刚塔架截面外径随塔架高度增加而线性减小。步骤c中，钢筋混凝土塔架或钢塔架以连续相同壁厚的塔架为一分段塔架，共分成n段塔架，基于预设的段塔架壁厚t0i,对应壁厚的塔架高度li，则钢筋混凝土塔架或钢塔架等效壁厚计算得到钢筋混凝土塔架等效壁厚为t1，钢塔架等效壁厚为t2。本发明的有益效果：本发明采用上述步骤，通过输入钢筋混凝土-钢组合风机塔架尺寸、材料参数和风机质量等参数，可快速计算出组合风机塔架的固有频率，以判别该频率是否与风机的驱动频率区间重叠，确定塔架结构的尺寸和规格，同时也便于进一步计算作用在组合风机塔架结构上的风荷载和地震荷载。附图说明图1为钢筋混凝土-钢组合风机塔架示意图。图中：1-钢塔架，2-钢筋混凝土塔架。具体实施方式以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。以某钢筋混凝土-钢组合圆筒形塔架为例，确定其固有频率值f：组合风机塔架下部钢筋混凝土塔架2，高度h1＝60m，上部为钢塔架1，高度h2＝58.5m。钢筋混凝土塔架2截面沿高度线性减小，底部圆环外半径r1＝4m，顶部圆环外半径r2＝2.18m，钢筋混凝土塔架2壁厚均匀，厚度t＝0.3m，采用c60混凝土，弹性模量ec＝3.6×1010pa；组合风机塔架上部为钢塔架1，高度h2＝58.5m，截面沿高度逐渐减小，底部圆环外半径r3＝2.1m，顶部圆环外半径r4＝1.5m，钢塔架1壁厚分布不均匀，见表1，钢材选用q345，弹性模量es＝2.06×1011pa；风机系统总质量为m＝153000kg。表1算例组合风机塔架尺寸表高度(m)塔架外径(m)壁厚(mm)材料08.00300c60混凝土604.36300c60混凝土63.334.1425q345钢66.114.0824q345钢68.894.0222q345钢74.453.920q345钢80.013.78319q345钢82.793.72318q345钢88.353.60417q345钢93.913.48416q345钢99.473.36815q345钢113.373.07114q345钢118.53.00522q345钢参见图1，根据前述计算方法：第一步：确定钢筋混凝土塔架2相关参数:r1＝4m，r2＝2.18m，h1＝60m；第二步：确定钢塔架1相关参数:r3＝2.1m，r4＝1.5m，h2＝58.5m；第三步：确定塔架等效壁厚：钢筋混凝土塔架壁厚均匀，t1＝0.3m。钢塔架1等效壁厚t2计算如下：第四步：确定风机系统质量mm＝153000kg第五步：确定组合风机塔架中混凝土及钢材材料参数钢筋混凝土塔架2采用c60混凝土，其时弹性模量ec＝3.6×1010pa；钢塔架1采用q345钢材，其弹性模量es＝2.06×1011pa。第六步：确定组合风机塔架固有频率将上述参数代入到式(3)～(13)，得到各项变形值：δcf＝5.86×10-8m，δcm＝1.03×10-7m，θcf＝1.76×10-9，θcm＝4.96×10-9，δsf＝8.02×10-7m。将以上结果代入式(1～2)，则δ＝δcf+δcm+(θcf+θcm)h2+δsf＝1.3568×10-6m对本算例中组合风机塔架固有频率计算结果与有限元分析结果进行对比，如下表1所示。表1不同方法计算组合风机塔架固有频率对比表采用有限单元法分析组合风机塔架固有频率的精度较高，但建模和计算较复杂，本算例采用有限单元法计算得到的固有频率结果，可作为参考依据，从表1可以看到，本文方法与有限单元法的误差小于5％，且无需通过建模分析即可快速得到，效率较高，说明对于塔架截面沿高度线性减小的圆筒形组合风机塔架，本文给出的确定方法是可行的。以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本
技术领域：
中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。当前第1页12