文 | 雷斌，李毅鹏

一定条件下，风绕过圆形截面的塔筒，形成漩涡，漩涡脱落激起塔筒垂直于来风方向上的振动，称为涡激振动。当漩涡脱落频率与塔筒固有频率重合时，塔筒发生共振。该振动幅度大，会给结构造成较大的疲劳损伤。在风电机组设计标准《IEC61400-1 Wind Turbine Design Requirement》中提到，“对于未安装机舱的塔筒，应该采取必要措施以防止涡激振动”；德国GL认证规范《Guideline for the Certif i cation of Wind Turbine》中也提到了如何确定涡激振动给塔筒造成的影响。所以研究涡激振动对风电机组塔筒的影响，既是塔筒安全的需要，也是满足认证要求的需要。本项目从涡激振动机理入手，结合风电机组设计标准、结构设计标准关于涡激振动的章节等，应用Miner疲劳损伤累积法则，给出了考察涡激振动对风电机组塔筒影响的流程，编制了计算涡激振动下风电机组塔筒疲劳损伤的表格，并将其应用在TZ-5000塔筒算例上。

塔筒涡激振动机理

雷诺数Re用来表征流体所受惯性力与粘性力的比值。圆柱体绕流问题中，圆柱体后的脱涡和尾流情况与雷诺数相关。按照雷诺数范围，国内外试验研究将流动大致分为3个区域：当300＜ Re ＜3×105时，称为亚临界区，此时漩涡按一定的频率脱落；当3×105＜ Re ＜3.5×106时，称为过渡区，漩涡的发放无明显的主频率；当Re＞3.5×106时，称为超临界区，漩涡的脱落又出现了明显的周期性。雷诺数由式（1）得出：

式中V是流体的速度，D为圆柱的直径，μ为流体的粘滞系数。

漩涡每脱落一次，其周围的压力分布便相应地变化一次，于是圆柱体便承受着交变力。……