风力发电机塔架知识讲解

塔架

Tajia

塔架（tower）近地面受地形、地物的影响，风速锐减，且常出现紊流。风力机在紊流中运行会产生剧烈振动，严重时会导致机组损坏。为获得较高且稳定的风速，利用塔架将风力机主体支撑到距离地面一定的高度。

塔架高度由于地表的粗糙度影响，产生风的剪切效应，塔架越高，风速越大，风力机获取的风能越多，但是制造成本和安装费用也越高。经济、合理的塔架高度的确定需要从风能量增益和成本费用增加两者统筹考虑，通常取风轮直径的2.5~3倍。

塔架结构型式塔架结构型式主要有钢管拉索、柱形桁架拉索、塔形桁架、椎管和折叠塔杆五种结构型式。

钢管拉索式塔架简单、轻便、易于搬运安装、制造和安装施工成本较低。风轮直径偏小的风力机多采用这种塔架。

柱形桁架拉索式塔架由角铁或钢管等型材焊成，结构剖面呈等边三角形或四边形，塔体上下外轮廓尺寸相同。特点是与相同外轮廓尺寸的钢管拉索式塔架相比，风载荷更小。制造和安装施工成本较低。在安装场地狭小的复杂地形，道路交通运输困难，起重装备不能到达安装现场的地方，可以选择柱形桁架拉索式塔架。

塔形桁架顶部截面结构尺寸小，根部截面结构尺寸大，可以按等强度减少耗材的原则进行设计，塔架的性价比较高。在松软地质的地面上，采用这种塔架，节省基础用材料，减少基础挖掘深度，降低工程造价。适用于风轮下风向布置的风力机，能有效的降低塔影效应带来的影响。

独立锥管式外形美观，结构紧凑，便于做整体防蚀处理，投入运行后便于日常维护管理。在交通运输、安装环境条件适宜的情况下，采用锥管塔，适宜机械化吊装，施工效率高，便于控制工程质量。

折叠塔杆由主杆和支杆组成。支杆高度约为主杆高度的2/5，垂直于地面固定在基础上，在顶端与主杆铰接；主杆以铰接点为支点构成杠杆，可以翘动，也可以与支杆拢紧。安装风力机主体时，主杆顶端降至地面，安装完毕将主杆翘起竖立，主、支杆拢紧固定。风机主体质量500kg、塔架高度15m的风力机，只需2~3人即可安全施工。

塔架载荷主要来自风力的水平载荷及风力机主体重力、塔架重力的垂直载荷，还有振动导致的动应力载荷。垂直载荷容易确定。确定水平载荷时，以极端风速做为计算条件。极端风速是按当地几十年一遇的大风风速值选取的。风力机使用的外部条件在GB17646-1998中规定了标准和特殊两种风力机等级。标准级的极端风速为40m/s，而特殊级的极端风速由设计者根据使用地点的风况来规定和说明。风力机性能指标参数中的“安全风速”，指停机状态下的风力机在这一风速形成的水平载荷下不会倾倒。通常离网型风力发电机的安全风速取值为40m/s、50m/s和60m/s。

塔架强度要保证暴风吹袭时风力机不会倾倒，塔架必须要有足够的强度和适宜的刚度。设计计算应符合GB/T13981中的规定，疲劳强度的许用安全系数应大于1.5。

塔架固有频率要避开正常运行转速范围内风力机的振动频率。为避免产生共振，塔架的固有频率应在“1.1倍风轮一阶频率——0.9倍风轮三阶频率”这个范围内。

塔架材料拉索式塔架采用拉索和钢管或角钢，桁架式采用角钢，椎管采用钢板。所选材料应符合有关国家标准或行业标准。拉索式塔架的拉索材料都要进行极限载荷和疲劳强度验算，还应采用具有防腐蚀功能的钢丝绳。所有的联接螺栓应进行极限载荷和疲劳载荷的强度验算，应符合GB/T1228~1231的规定。

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