二連倒塔原因初探

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1、....二連風(fēng)場(chǎng)#7風(fēng)機(jī)倒塔原因初探工程學(xué)是一門應(yīng)用學(xué)科，是用數(shù)學(xué)和其他自然科學(xué)的原理來設(shè)計(jì)有用物體的進(jìn)程.工程學(xué)的發(fā)展是和事故分不開的,從這個(gè)角度說,事故是財(cái)富.打開財(cái)富的鑰匙,是找出引發(fā)事故的真正原因.遵從這一原則,我們分析一下二連#7風(fēng)機(jī)倒塔原因.2014年2月28日18時(shí)33分二連風(fēng)電場(chǎng)#7風(fēng)機(jī)塔筒在1-2節(jié)聯(lián)接處折斷，斷口在第一節(jié)塔筒上端，距法蘭下平面10mm。#7風(fēng)機(jī)倒塌前狀態(tài)：有功1350kw，（90%負(fù)荷）風(fēng)速10.0m/s。圖1事故現(xiàn)場(chǎng)塔架是風(fēng)力發(fā)電組的重要承載部件，它承受的載荷有塔架自重，機(jī)艙及風(fēng)輪的重力載荷、風(fēng)輪反作用力及風(fēng)

2、力載荷、風(fēng)輪的振動(dòng)載荷、啟動(dòng)和停機(jī)的慣性力、偏航系統(tǒng)啟動(dòng)和制動(dòng)的慣性力、陣風(fēng)變化、塔影效應(yīng)等，此外還要考慮正常工作時(shí)葉片突然斷裂引起的故障載荷，葉片結(jié)冰而引起的振動(dòng)載荷等。學(xué)習(xí)參考....風(fēng)機(jī)運(yùn)行中,對(duì)應(yīng)每一種工況塔架的受力狀態(tài)是不一樣的，應(yīng)力差別很大,最大應(yīng)力所在區(qū)域不同。所以可以通過分析斷裂位置來推斷塔架斷裂前的工作狀態(tài).1.塔架受力分析針對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行特點(diǎn),在有限元分析中,我們把風(fēng)機(jī)運(yùn)行分成9個(gè)工況，分別分析各個(gè)工況下的塔架應(yīng)力狀態(tài)：表1風(fēng)機(jī)運(yùn)行的9個(gè)工況ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨ額定發(fā)電額定發(fā)電+地震1額定發(fā)電+地震2切出風(fēng)速極限風(fēng)速故障停機(jī)額定發(fā)電

3、+葉片斷，加力在上額定發(fā)電+葉片斷一片，加力在中額定發(fā)電+葉片斷，加力在下圖29個(gè)工況的應(yīng)力學(xué)習(xí)參考....表29個(gè)工況的最大應(yīng)力工況編號(hào)Ⅰ正常Ⅱ地震1Ⅲ地震2Ⅳ切出Ⅴ極限Ⅵ故障Ⅶ上加力Ⅷ中加力Ⅸ下加力最大應(yīng)力(MPa)156.4188.0175.5277.8108.3176.1150.9123304.8有限元分析結(jié)果表明，最危險(xiǎn)工況是上葉片斷裂時(shí)，加力向下,應(yīng)力為304.8MPa,危險(xiǎn)部位是第一節(jié)塔架上部。這種工況下塔架的應(yīng)力有一個(gè)突變過程,當(dāng)葉片發(fā)生斷裂,風(fēng)載荷突然卸載,塔架在彈性作用下,使主機(jī)迎風(fēng)回彈,同時(shí)未斷裂葉片的離心力及重力加速度對(duì)塔

4、架產(chǎn)生一個(gè)附加彎矩,塔架迎風(fēng)面由拉應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力,而背風(fēng)面的塔筒則由壓應(yīng)力變?yōu)槔瓚?yīng)力。這種工況相當(dāng)于一根頭部有一重物的鋼管被一根線拉彎,突然砍斷拉線,鋼管將倒向拉線的另一方.也就是塔架將迎風(fēng)倒下。最大應(yīng)力為何發(fā)生在第一節(jié)塔筒上部，由于葉片斷裂引起的載荷變化時(shí)間極短,只有1-2秒,屬于沖擊載荷.塔筒壓應(yīng)力來不及完全釋放,抵消一部分外界拉力,因此危險(xiǎn)部位不在由基礎(chǔ)法蘭附近,而是向上轉(zhuǎn)移,下圖是葉片斷裂后塔筒背風(fēng)面應(yīng)力示意圖:學(xué)習(xí)參考....圖3塔筒背風(fēng)面應(yīng)力示意圖拉應(yīng)力壓應(yīng)力最大拉應(yīng)力應(yīng)力﹣應(yīng)力﹢由于葉片斷裂引發(fā)塔架倒塌事故時(shí)有發(fā)生，下面看幾個(gè)實(shí)例。

5、2010年2月1日3:18分，大唐左云風(fēng)場(chǎng)43#風(fēng)機(jī)在接近滿發(fā)時(shí)無任何報(bào)警信息發(fā)生了倒塌，塔架從中、下段法蘭連接處折斷。主機(jī)隨同塔筒上段和中段朝著主導(dǎo)風(fēng)（向北偏西60度）方向倒塌，法蘭盤脖頸距端部12mm處撕裂。此前，曾經(jīng)對(duì)風(fēng)機(jī)葉片主梁進(jìn)行加強(qiáng)工作。倒塌前，變槳系統(tǒng)處于故障狀態(tài)，曾發(fā)出槳葉1快速收槳太慢等多個(gè)報(bào)警。圖4學(xué)習(xí)參考....2010年1月24日，通遼華能寶龍山風(fēng)電場(chǎng)30號(hào)機(jī)組，發(fā)生飛車引發(fā)的火災(zāi)和倒塔事故。監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)“發(fā)電機(jī)超速，轉(zhuǎn)速為2700轉(zhuǎn)/分”(正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)小于1700轉(zhuǎn)/分)，高速軸剎車未能抱死剎車盤。隨著轉(zhuǎn)速的不斷增大，高速

6、軸上的剎車盤摩擦產(chǎn)生大量熱量，出現(xiàn)火花導(dǎo)致機(jī)艙著火?，F(xiàn)場(chǎng)查看風(fēng)機(jī)時(shí)，發(fā)現(xiàn)塔筒折斷。見下圖。圖5事故現(xiàn)場(chǎng)?美國(guó)KlondikeIII風(fēng)場(chǎng)?August29,2007葉片旋轉(zhuǎn)過快導(dǎo)致風(fēng)機(jī)倒塌。圖6倒塌的風(fēng)機(jī)2013-10-25-20:24吉林里程協(xié)和鎮(zhèn)賚風(fēng)場(chǎng)21#風(fēng)機(jī)葉片折斷。風(fēng)速學(xué)習(xí)參考....12m/s，轉(zhuǎn)速18.1prn，出力1500kw,第二節(jié)塔筒迎風(fēng)面11m處出現(xiàn)皺褶，塔架傾斜20度。（風(fēng)機(jī)廠家及葉片，新譽(yù)）圖7變形的塔架下面是一段珍貴的錄像?？梢钥吹剿艿顾^程。這是丹麥奧爾胡斯市霍恩斯特一風(fēng)力發(fā)電風(fēng)機(jī)事故錄像，2008年2月25日，驚

7、險(xiǎn)一幕恰巧被丹麥新聞?lì)l道電視2臺(tái)拍攝。我們可以清楚的看到，一片槳葉開裂0.3-0.6秒后，當(dāng)另一槳葉轉(zhuǎn)到下方，塔架上部出現(xiàn)扭曲，塔架出現(xiàn)裂紋，開始迎風(fēng)傾斜，2—3秒，塔架落到地面。下面是塔筒倒塌瞬間的幾個(gè)截圖。圖8學(xué)習(xí)參考....1(0.00s)2(0.15s)3(0.30s)4(0.45s塔筒開始傾斜)5(0.60s)6(0.75s)可以看到，塔筒在零點(diǎn)幾秒中發(fā)生開裂，葉片斷裂引起的載荷是極其危險(xiǎn)的沖擊載荷。這幾起事故有兩個(gè)共同特點(diǎn)塔架攔腰折斷塔筒迎風(fēng)倒地原因相同，都是槳葉斷裂引發(fā)的。與有限元分析結(jié)果相吻合?？梢猿醪脚袛?，二連風(fēng)機(jī)塔筒倒塌是由于

8、槳葉斷裂引發(fā)的。縱向開裂的葉片2.斷口分析從現(xiàn)場(chǎng)照片分析，斷裂開始點(diǎn)位于落地塔筒的正上方。塔筒參與斷裂的部位有螺栓、法蘭及焊縫熱影響區(qū)。