基于柔性拉索变形效应的风力机塔架结构PS-TMD振动控制性能研究

【作者】 雷振博； 刘纲； 陈奇；

【机构】 重庆大学土木工程学院； 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室；

【摘要】 随着大兆瓦风电机组的显著增长,风力机塔架结构的高柔特性愈发显著,致使其在风荷载等外部激励下极易产生过度振动。塔架过大的振动不仅降低机组发电效率,而且频繁振动也会缩短塔筒疲劳寿命。作为一种基于悬吊式调谐质量阻尼器(PTMD)改进的振动控制装置,预应力调谐质量阻尼器(PS-TMD)因其可以双重调谐频率从而减小摆长增大控制力的优势脱颖而出。基于理论分析、数值模拟及振动台试验,该装置的线性化参数设计和调谐优化性能被广泛研究,而柔性拉索变形引起的非线性效应未被进一步分析和探讨。鉴于此,本文基于结构动力学理论及风力机结构加装PS-TMD的简化力学模型,建立了体系的非线性运动方程,推导了非线性体系的动力系数及分支共振点频率比。通过参数优化分析,推导了最优频率比、阻尼比及动力系数幅值,从理论上阐明了体系参数的最佳调谐。然后,依托3.2MW的实际风力机结构来计算风荷载下的谐振响应,数值算例结果表明,非线性系统的动力系数幅值小于同等参数下的线性PS-TMD,非线性系统的共振响应缓解性能优于线性系统PS-TMD。最后,采用Wilson-θ法分析了三疲劳和两极限风载荷下的振动控制效果,结果显示非线性PS-TMD的对风机塔架结构的振动控制效果优于线性系统,且疲劳风载荷下的减振性能略好于极限载荷。更多还原