□陆 辉 □史伟涛

1.上海泰胜风能装备股份有限公司 上海 201508

2.上海电气风电集团有限公司 上海 200241

1 研究背景

现代大型兆瓦级水平轴风力机的塔筒一般均采用筒型薄壁结构，高度为100 m左右，在顶端装有较大质量的机舱和风轮。优良的塔筒设计，可以保证整机动力稳定性，因此塔筒设计不仅要满足空气动力学要求，而且要在结构、工艺、成本、使用等方面进行综合分析[1]。塔筒作为风力机的关键支撑部件，在整机成本中占有较大比例。

大多数塔筒材料为低合金高强度结构钢Q345，随着风力机功率的提升，塔筒钢材用量逐渐增加。Q420的屈服强度高于Q345，这意味着在相同载荷下，Q420钢板可以比Q345钢板更薄，从而降低整个塔筒的钢材用量。与此矛盾的是，Q420比Q345的材料成本高。笔者针对这个问题，应用软件设计Q345和Q420两种不同材质的三款塔筒，比较三款塔筒的综合成本，分析降低塔筒成本的可行性。同时，对两种不同材质塔筒的加工工艺进行分析。

2 坐标系

建立坐标系，如图1所示。图1中XT为竖直向下方向的坐标轴；ZT与XT垂直，为指向风力机的水平坐标轴；YT与XT和ZT垂直，为符合右手法则的坐标轴；T 为塔筒每个横截面的中心原点；FXT、FYT、FZT为塔筒所受载荷沿相应坐标轴的分力；MXT、MYT、MZT为塔筒所受载荷沿相应坐标轴的弯矩。

图1 坐标系

3 材料性能

材料性能见表1[2]。

表1 材料性能

4 塔筒载荷

塔筒载荷根据某款机型的工况，应用专业风力机塔筒设计软件计算得到，计算过程不再详述。塔筒各截面载荷见表2。

5 塔筒计算

5.1 稳定性屈曲校核

塔筒设计通常需要进行塔筒极限强度校核、稳定性屈曲校核和疲劳强度校核。……