MW级风电机组T型法兰地锚螺栓疲劳强度计算

李永奎，杨 扬，孙刚峰，何海建，孟令锐，李金磊，董姝言，晁贯良

(许昌许继风电科技有限公司，河南 许昌 461000)

作者简介：李永奎（1989—），男，工程师，硕士，主要从事大型风力发电机产品设计及有限元分析等方面的研究工作,yongkui2007@126.com.

摘要：针对某风场MW级风电机组塔架与基础连接强度不足的问题，将L型法兰与基础环连接更改为T型法兰与混凝土地基连接，并对该连接进行了疲劳强度校核。首先基于Petersen方法和VDI2230规范对T型法兰连接进行力学模型简化，得到地锚螺栓与地基的等效刚度；然后基于Petersen方法得到外载荷与地锚螺栓受力之间的函数关系，并利用该关系将疲劳外载荷转化为地锚螺栓的疲劳应力谱；最后结合疲劳载荷循环次数及地锚螺栓S-N曲线得到地锚螺栓的疲劳损伤值，实现对地锚螺栓的疲劳强度评估。分析结果表明，T型法兰地锚螺栓疲劳强度满足设计要求。

关键词：风电机组；L型法兰；T型法兰；混凝土地基；地锚螺栓；疲劳强度

中图分类号：TH123   文献标识码：B   文章编号：2095-509X(2019)07-0117-06

大型风力发电机组塔筒和基础是风力发电机组的支撑结构，两者的有效连接是风力发电机组上下部结构协同工作的有力保障［1］。目前风力发电机组塔筒和基础有两种常用的连接形式，一种是L型法兰直接连接基础环，另一种是T型法兰直接与混凝土地基或者基础环相连［2］。工程实践表明，虽然L型法兰与基础环连接是可行的，但其与混凝土相互连接已经被证明是存在安全隐患的，而T型法兰既可以同基础环相连也可以同混凝土地基相连。由于T型法兰同混凝土地基相连更具有经济优势，且该连接方式改善了基础环连接存在的应力集中现象，故T型法兰越来越多地应用于塔架底部与风机基础之间的连接，成为风机基础连接的首选方案。故此T型法兰地锚螺栓的强度是保证风电机组安全运行的重要前提，有必要对地锚螺栓的疲劳强度进行校核。

目前国内外对T型法兰的单独分析很少，仅有T型法兰的一些计算公式等相关资料［3］。王相耀等［4］仅对风力发电机组塔架后张预应力锚栓基础进行了结构设计，为预应力锚栓基础的初步设计提供了思路。郭敏等［5］对预应力风力发电机组基础锚杆笼连接计算方法进行了研究，并通过实例分析验证理论方法的实用性，指出尚需进一步探索更合理的计算方法。刘嫔等［6］对预应力锚栓基础混凝土局部进行了承压分析与验算分析，为预应力锚栓基础的设计提供了参考。黄强［7］则对某MW级风力发电机组基础环进行了结构分析与优化设计，但其参考国外的方法，只对T型法兰的尺寸进行了校核，对地锚螺栓的强度未进行研究。宋力兵等［8］对风力发电机组基础环进行了优化设计，分析了极端载荷工况和正常工况下的设计要点，为基础环优化设计提出可行性建议。以上文献均未涉及地锚螺栓疲劳强度的校核。目前对地锚螺栓疲劳强度具体评估方法的研究少之又少，尚未有确定且准确的评估方法，这也使得T型法兰地锚螺栓的疲劳强度评估成为一大难题。基于此，本文提出了一种T型法兰地锚螺栓的疲劳强度评估方法，以解决目前T型法兰地锚螺栓疲劳强度评估准确性低的难题。