风电机组塔筒振动的分析与测量

　　3 设计过程中对塔筒振动的控制
　　通过上面的分析可知，塔筒受到多种载荷的共同作用，特别是由于风载荷的随机性，必然引起塔筒的变形和振动，而这种振动不但会引起塔筒的附加应力，而且有可能与叶片产生共振，从而影响整个风电机组组的稳定性。因此，在风电机组组塔架设计中，必须对塔筒进行动力学分析，合理设计塔筒的强度和刚度。通过对塔筒进行模态分析，动力响应计算等，使塔架频率（主要为一阶频率）与叶片的通过频率之间错开一定的数值，而且把机组和塔筒的振动都控制在一定的范围内。
　　对于钢制锥形塔筒，把机舱、风轮等近似作为集中质量作用于塔筒顶部，其1 阶固有频率可用下式进行估算：

式中：E—塔筒材料弹性模量
I—塔筒截面惯性矩
H—塔筒高度
m1—塔架质量
m2—机舱及风轮质量
　　目前，风电机组塔筒的动力学分析主要通过有限元方法（FEM）进行。表1、图3、图4 为采用大型通用有限元软件ANSYS 对一台1.5MW 风电机组进行模态计算得到的结果。

表1 有限元计算得到的塔筒模态频率和模态振型

图3 塔筒1阶振型及振型

图4 塔筒3阶振型及振型