曹垚鑫，赵 迪，李彦蓉，昝志龙

(1.中国质量认证中心，北京 100070；2.北京长征高科技有限公司，北京 100176；3.北京航星机器制造有限公司，北京 100013；4.国电联合动力技术股份有限公司，北京 100089)

0 前言

风能作为一种清洁能源，得到世界各国的重视和开发利用。塔架作为风力发电机组的支撑结构，同时吸收机组的震动[1]。塔架主要有锥形钢筒、桁架、钢筋混凝土和混合塔架等形式，但锥形钢筒得到广泛应用。风吹过锥形钢筒的圆形截面形成漩涡[2]，漩涡脱落激起塔筒垂直于来风方向上的振动，称之为涡激振动(Vortex Induced Vibration)。长期的涡激振动会对塔筒静力强度和疲劳强度产生影响，尤其是当外载荷的频率与塔筒或整个风机结构的固有频率[3]一致时，会导致共振的发生。共振震动幅度大，会造成风力发电机组结构较大的疲劳损伤，降低塔筒寿命，甚至威胁整个风力发电机组的安全[4]。国内外主要采用流体动力学技术，使用数值模拟方法计算大气边界层中绕流，研究涡激振动问题。Jamal和Dalton采用LES方法计算因漩涡发放的引起振动；陈文礼采用RANS方法对涡激振动进行了数值模拟；赵德有应用Newmark算法计算桅杆的涡激振动响应；李德源应用有限元方法分析塔筒在非定常气动力下的动力学响应；王红梅采用两参数模型研究了高耸结构的气-固耦合作用[5]；董占琢[6]应用流体力学和有限元方法分析了塔筒的横向振动问题。

本文以锥形钢筒塔架为研究对象，采用结构动力学方法分析兆瓦级直驱风力发电机组塔筒的固有特性，得出不同安装状态下塔筒的固有频率和固有振型；……