风力发电机基础锚栓预应力损失与锈蚀规律实验研究

发布时间：2020-06-01 02:28

【摘要】：在全球能源紧缺背景下,可再生新能源成为研究和发展的热点,风能具备开发成本低、蕴藏量大等特点受到人们重视。近年来,风电技术得到了极大的发展和进步,也促使了风力发电机装机量的提升和产能增长。但是由于风机工作环境通常较为恶劣,风机结构出现了多起倒塌事故,其中主要原因之一是基础锚栓锈蚀。预应力锚栓作为风机基础与塔筒的重要连接部件,对风机安全起关键作用,因此风机基础锚栓锈蚀检测显得尤为重要。本文通过实验和数值计算,研究风机锚栓锈蚀状态下预应力变化规律。本文主要研究内容包括:设计了一套锚栓通电加速锈蚀检测实验系统,采用与现场风机相同材料足尺寸锚栓进行试验,研究预应力受锈蚀的影响和变化规律。首先在明确锈蚀原理的基础上,对锈蚀实验系统进行了设计,确定了实验设备和加载流程。完成预应力损失7%、10%、12%、15%、17%、20%六组工况试验。完成试验模型的现场装置搭建并开展电化学加速锈蚀实验,监测该过程中预应力变化规律和截面锈蚀情况。研究了锈蚀对锚栓预应力变化规律及影响,对锚栓锈蚀后截面变化状况进行分析,得出不同工况下预应力损失与截面变化规律。将锚杆划分为数段,完成各截面面积测量,总结不同位置锈蚀程度差异,得出锚杆截面面积分布规律。研究了不同工况下预应力损失随时间变化规律,得出不同尺寸锚栓在相同锈蚀条件下差异性。结合锚栓锈蚀前后质量等参数变化,进一步得出预应力损失与截面损失关系。建立了预应力锚栓锈蚀模型,基于实验对模型进行简化,完成了锈蚀模型理论公式推导。由ABAQUS建模得出锚杆刚度值,确定锈蚀率与截面变化关系。结合试验数据对锈蚀模型进行修正,得出修正后预应力损失与截面损失关系,并由此建立了安全评估方法。由法拉第定律得出理论质量损失与实际质量损失关系,结合当量加速关系得出试验时间与实际工程时间转化尺度。采用计算机视觉技术,通过相机不同位置、距离和角度拍照,完成锚杆三维模型重构,得出重构后锚杆形态。并建立带腐蚀坑缺陷的锚杆ANSYS三维有限元模型,分析应力分布规律。完成腐蚀坑尺寸变化的参数化分析,研究对锚杆最大应力和位移的影响情况。
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风力发电机,类型

本课题来源于北京金风科创风电设备有限公司合作项目：风机光纤术及风机结构状态监测健康诊断。伴随社会经济不断发展，全球人口数量快速增长。人类对资源的开源的需求逐年增加。我们将面临一个严峻的问题：不可再生资源日渐匮社会经济高速发展下，过度开采导致生态系统的破坏，如何寻求经济不和合理进行能源使用之间的平衡点，也值得我们去思考。开发新能源给供了新的方向，未来的能源开采重心也必然向可再生能源转移，并提升换效率，降低常规能源的消耗。在众多能源里，风能它具备巨大的潜力性受到人们关注。风能具有储藏量大、可再生、无污染、环保、开采成特点，，并且是取之不尽用之不竭的新型能源[1]。所以全球各国逐渐加大源的重视和利用，随之诞生了风力发电机。风力发电机施工建设周期短染、占地面积小、装机灵活特点受到各国的青睐，同时风力发电机通常偏远山区，风资源大，土地成本低。一个风场需要的运营维护人员数量运营维护方便，从而进一步降低了成本。其众多优良性能也使得近年来风机的研发力度逐年加大，如图 1-1 所示，风机的形态可分为水平轴风机和垂直轴风力发电机[2,3]。

风机,山西,倒塌事故

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文地区，工作环境潮湿并恶劣，并伴随着结构腐蚀发生，其安全问题更为凸显。近年来风机事故频发，出现了多起风机损坏案例。1997 年以来发生了多起风机倒塌事故，追查结果发现由于强风、刹车系统失灵、结构疲劳等造成结构破坏比例约为 12%，其中多为螺栓强度不足所致。2008 年在台湾发生风机倒塌事故，台风导致塔筒底部高强螺栓断裂，原因为强度不足。2010 年山西出现两台风电机组破坏，43 号风机中部与下部法兰连接处发生折断，见图 1-2。在 61号风机的法兰连接处发现有 48 根螺栓断裂。2010 年甘肃某风机发生倒塌，见图 1-3。2012 年托尔迅风电场发生风机倒塌事故，并造成伤亡事故[11]。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU476

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