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风力发电机地基的现场加速度测试和数值模拟

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第３３卷增刊　
２０１１年８月　
西　北　地震　学报　

Ｎ０ＲＴＨⅥ　ＳＴＥＲＮ　ＳＥＩＳＭ０Ｌ０ＧＩＣＡＬ　ＪｏＵＲＮＡＬ　Ｖｏ１．３３　Ｓｕｐｐ．　Ａｕｇｕｓｔ，２０１１　

风力发电机地基的现场加　速度测试和数值模拟　
周　健　，金炜枫　，金卫华　，孔　戈　
（１．同济大学地下建筑与工程系，上海２０００９２；２．同济大学岩土及地下工程教育部　
重点实验室，上海２０００９２；３．上海申能新能源投资有限公司，上海２０００４０；　
４．上海浦东新区建设工程技术监督有限公司，上海２Ｏ１　２０９）　

摘要：对某风电场风力发电机地基进行现场加速度测试，在土动力性能室内试验的基础上利用有限　
元对风机基础一地基系统进行数值模拟。在地基加速度的峰值、衰减规律和频率上，现场测试与计算　
结果吻合较好，验证了动力数值分析模型及相关参数取值的合理性，为建立风机振动对周围环境影响　
的数值模型提供了依据。　
关键词：风力发电机；地基振动；　加速度测试；　数值模拟　
中图分类号：Ｔｕ４７　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００￣）８４４（２０１１）增刊一２５７－０４　

Ｓｉｔｅ　Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ　Ｔｅｓｔ　ａｎｄ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　
ｏｆ　ｔｈｅ　Ｗｉｎｄ　Ｔｈｒｂｉｎｅ　Ｇｒｏｕｎｄ　

ＺＨＯＵ　Ｊｉａｎ　，ＪＩＮ　Ｗｅｉ—ｆｅｎｇ　，ＪＩＮ　Ｗｅｉ．ｈｕａ　，ＫＯＮＧ　Ｇｅ　
ｆ１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎｇｉｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９２．Ｃｈｉｎａ；２．Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　
ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｔｏｎｇｉｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９２，Ｃｈｉｎａ，＂３．ＳｈａｎｇｈａｉＳｈｅｎｎｅｎｇＮｅｗＥｎｅｒｇｙＩｎｖｅｓｔｍｅｎｔＣｏＬｔｄ．，　
Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００４０，Ｃｈｉｎａ　４．Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｐｕｄｏｎｇ　Ｎｅｗ　ａｒｅａ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃ￣ｖｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ　Ｃｏ　Ｌｔｄ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０１２０９，Ｃｈｉｎａ　１　
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｉｔｅ　ｔｅｓｔ　ｆｏｒ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｇｒｏｕｎｄ　ｗａｓ　ｄｏｎｅ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｔｅｓｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　
ｓｉｔｅ　ｓｏｉｌｓ．ｔｈｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｕｔｉｌｉｚｅｄ　ｔｏ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｇｒｏｕｎｄ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　
ｒｅｓｕｌｔｓ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ，ｌｉｋｅ　ｔｈｅ　ｐｅａｋ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ　ｖａｌｕｅｓ，ｔｈｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｕｌｅ　ｏｆ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ　ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ，ａｇｒｅｅ、）ｌ，ｉｔｈ　ｔｈｅ　ｓｉｔｅ　
ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ，ｓｈｏｗｉｎｇ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ａｒｅ　ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ．Ｔｈｉｓ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　
ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｇｒｏｕｎｄ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ａｎｄ　ａｓｓｅｓｓｉｎｇ　ｉｔｓ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　
ｔｈｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．　
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅ；Ｇｒｏｕｎｄ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ；Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ　ｔｅｓｔ；Ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　

０　引言　
迄今为止，振动荷载对地基的影响分析主要集中　
在地震荷载、波浪荷载、列车运行荷载和动力机器振　
动等领域的研究上，而对风荷载下风机振动引起的基　
础振动及其对周围环境影响的研究很少。目前对风机　
振动的研究主要集中在对风机“塔体一基础”进行建　
模　Ｊ，进而分析塔体的振动特性。而土体与基础的　
相互作用则过于简化，不适用于分析振动在地基中的　
传播。也有对基础为单桩的风机建立“单桩一地基”　
模型Ｌ４Ｊ，但其重点是分析单桩在循环载荷下的变形。　

目前我国建设了大量的风力发电场，这些风机的单机　
容量都大于或等于１．５　ＭＷ，不可避免的遇到了大型　
风力发电机对临近的沿河、沿海堤防、水库堤坝及公　
路、铁路边坡的影响问题。因此，建立风机振动对周　
围环境影响的动力数值模型是必要的，但数值模型及　
相关参数取值是否合理需要验证。　
为建立风机振动对周围环境影响的数值模型提　
供依据，本文首先对某风电场中的风机地基进行现场　
加速度测试，在土动力性能室内试验的基础上，对风　
机基础一地基系统建立动力数值模型，分析风机振动　

收稿日期：２０１１．０２—１５　
基金项目：上海市科技委基金（Ｏ８Ｄｚ１２０２７００）　
作者简介：周健（１９５７一），男，教授，博士生导师，主要从事软土地基处理技术、土体细观力学模拟、土动力学等方面的研究工作　
西北地震学报　第３３卷　
３．２．２加速度频率比较　
实测得到的所有测试点各方向上加速度主频都　为３．５　Ｈｚ，计算得到各测点各方向上加速度主频都为　３．２　Ｈｚ，计算相对实测的差别为８．６％。　∽　＼　目　＼　缝　５．ＯＯＥ＋Ｏｌ　４．ＯＯＥ＋Ｏｌ　。－∞叶叽　越　・ＯＯＥ＋ＯＩ　１．ＯＯＥ＋Ｏｌ　０．ＯＯＥ＋Ｏ０　ｌＩＪ　１．ｊＩＪＩＬ　…　４　６　频率／Ｈｚ　实测结果　ＪＬ＾．　。　２　４　６　８　１（　频率／Ｈｚ　（ｂ）计算结果　图７　测点Ａ２竖向加速度傅氏谱的实测结果与计算结果　Ｆｉｇ．７　Ｓｉｔｅ　ｔｅｓｔ　ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ　ＦＦＴ　ａｔ　ｐｏｉｎｔ　Ａ２．　鲁　＼　毽　∞　＼　吕　＼　避　ＯＯＥ＋Ｏ１　５０Ｅ＋０１　ＯＯＥ＋Ｏ１　５０Ｅ＋Ｏ１　００Ｅ＋０１　５０Ｅ＋０ｌ　ＯＯＥ＋Ｏ１　ＯＯＥ＋Ｏ０　ＯＯＥ＋Ｏ０　（ａ）实测结果　．，、　．　－ＩＪ　一　ｏ　Ｚ　４　ｂ　ｌＵ　频率／Ｈｚ　（ｂ）计算结果　图８　测点Ａ６竖向加速度傅氏谱的实测结果与计算结果　Ｆｉｇ．８　Ｓｉｔｅ　ｔｅｓｔ　ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆｖｅｒｔｉｃａｌ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ　ＦＦＴ　ａｔ　ｐｏｉｎｔ　Ａ６．　图７和图８分别给出了测点Ａ２和Ａ６竖向加速　度的实测和计算频谱曲线。在现场测试中，由于其他　
振动信号的干扰，例如周围树木随风摆动引起测点振　
动等，实测得到的频谱曲线上有其他频率分量，且在　
不同测点的振动中即使同一频率分量所拥有的能量　
与测点振动总能量的比例也各不相同。同时随测试点　
距风机渐远，地基振动中风机振动引起的频率分量有　
被其他振动信号掩盖的趋势，但现场测试仍然较好检　
测出地基振动中风机振动引起的频率分量。数值模拟　
得到的不同测点的傅氏谱曲线形式基本一样，只是加　
速度傅氏变换后数值上有差别。　

４结论　

通过对风机基础一地基系统进行数值模拟，得到　
风机振动下地基中加速度响应的分布规律，并同现场　
加速度测试数据比较，可以获得以下结论：　
（１）实测和计算得到的加速度在峰值和衰减规律　
上基本是一致的；　
（２）现场测试与计算结果吻合较好，验证了动力　
数值分析模型及相关参数取值的合理性，为建立风机　
振动对周围环境影响的数值模型提供依据，具有工程　
应用价值。　

［参考文献］　
［１】　ＢＡＺＥＯＳ　Ｎ，ＨＡＴＺＩＧＥＯＲＧＩＯＵ　Ｇ　Ｄ，ＨＯＮＤＲＯＳ　Ｉ　Ｄ，ｅｔ　ａｌ—Ｓｔａｔｉｃ，　
ｓｅｉｓｍｉｃ　ａｎｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｏｆ　ａ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ　ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｓｔｅｅｌ　ｔｏｗｅｒ［Ｊ］．　
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００２，２４（８）；１０１５—１０２５．　
［２】ＬＡＶＡＳＳＡＳ　Ｉ，ＮＩＫＯＬＡＩＤＩＳ　Ｑ　ＺＥＲＶＡＳ　ｅｔ　ａ１．．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　
ｔｈｅ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ　ｏｆ　ａ　ｓｔｅｅｌ　１－ＭＷ　ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｔｏｗｅｒ［Ｊ］．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００３，２５（８）：１０９７—１　１０６．　
［３】贺广零．考虑土一结构相互作用的风力发电高塔系统地震动力响应分析　
［Ｊ］．机械工程学报，２００９，４５（７）：８７－９４．　
【４］　ＡＣＨＭＵＳ　Ｍ，ＫＵＯ　Ｙ　Ｓ，ＫＨＡＬＩＤ　Ａ　Ｒ．Ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ｍｏｎｏｐｏｌｅ　
ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓ　ｕｎｄｅｒ　ｃｙｃｌｉｃ　ｌａｔｅｒａｌ　ｌｏａｄ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ　ａｎｄ　Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃｓ，　
２００９，３６（５）：７２５—７３５．　
［５］５　赵密．粘弹性人工边界及其与透射人工边界的比较研究［Ｄ】．北京：北　
京工业大学，２００４．

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陆上风机结构整体振动特性现场监测与分析

陆上风机结构整体振动特性现场监测与分析

陆上风机结构整体振动特性现场监测与分析摘要：目前对于陆上风机整体振动的数值模拟和现场试验均有较多研究，但是对于两者之间的相互验证相对匮乏。

因此，文中首先对风场SCADA数据中的不同参数和振动监测数据进行统计分析，将风机的运行状态划分为不同工况。

之后，采用频域分析方法处理风机塔筒加速度传感器所采集的加速度数据，快速得到塔筒自振频率等振动参数，和数值模拟方法的计算结果进行相互对照，并与正常运行条件下叶轮1P、3P频率进行共振校验。

关键词：陆上风机；风机运行状态；振动特性；结构共振引言海上风电工程具有大风速、高产出及长寿命等优势，近年来得到了快速发展。

然而，随着风机单机装机容量逐渐增加，相应的配套叶片长度与塔筒高度也随之增大，例如我国福建平海湾海上风电场(容量5MW、叶片64.0m、塔筒90.0m)与英国。

Westermost海上风电场(容量6MW、叶片77.0m、塔筒102.0m)等．海上风机逐渐呈现大容量、高塔筒、长叶片的发展趋势，由于风机结构与叶轮叶片均属于柔性结构，因此，随这种变化而来的一个重要问题就是风机在运行过程中的结构振动安全问题。

1概述测试所用海上风电试验样机位于我国黄海海域内，额定功率2.5MW，额定转速18r/min，基础采用复合式筒型基础形式。

风机叶轮直径93.4m，轮毂高度80.0m，塔筒为3段式安装，机舱与塔筒及相邻塔筒之间设有工作平台。

本次测试在塔筒内部由上至下布置5个测点，位置为距离工作平台高约1.5m处的塔筒壁上，传感器选择低频振动位移传感器，频响范围最低可达到0.1Hz，为三向测振，满足采集结构低频多向振动信号的试验目的。

2现场监测试验2.1试验布置为了能够反映风机塔筒的整体振动特性，因此选择在可以最大程度获得振动模态信息的区域布置测点，测点在塔筒所处的位置尽可能靠近顶部，因为上部塔筒的振幅更加明显；且测点也要与机舱保持一定的竖向距离，避免机舱内发电机工作产生局部振动对整体信号采集带来噪音干扰。

风能发电设施施工的测量技术方案

风能发电设施施工的测量技术方案

风能发电设施施工的测量技术方案1. 引言本文档旨在提供风能发电设施施工过程中的测量技术方案。

通过合理的测量方法和精确的数据采集，可以确保风能发电设施的施工质量和安全性。

2. 测量方法2.1 地形测量在施工前，需要对风能发电设施的地形进行测量。

主要包括以下步骤：- 使用激光测距仪或全站仪对地形进行高程测量，获取地形起伏情况。

- 使用差分GPS测量地理位置和坐标，确定风能发电设施的准确位置。

- 借助数字高程模型（DEM）和地形图，对地形进行三维可视化分析，以便进行后续工程规划。

2.2 地质勘察地质勘察是风能发电设施施工前必要的步骤。

以下是常用的地质勘察方法：- 土壤采样和测试，以确定地基的承载能力和稳定性。

- 岩石勘察，了解地下岩层的类型和分布情况。

- 水文地质勘察，包括水文地质分析和地下水位测量，以评估地下水对施工的影响。

2.3 基础测量风能发电设施的基础是其稳定性和安全性的关键。

以下是基础测量的主要内容：- 使用全站仪或测绘仪器对基础的平面布置进行测量，确保基础的准确位置和尺寸。

- 通过核磁共振仪等仪器对基础的土壤进行测试，以确保土壤的稳定性和承载能力。

- 采用测斜仪等设备对基础进行倾斜监测，及时发现和修正可能的倾斜问题。

2.4 结构测量风能发电设施的结构测量主要针对塔筒和叶片。

以下是常用的结构测量方法：- 使用高精度测距仪对塔筒的垂直度进行测量，确保其垂直度满足设计要求。

- 借助激光扫描仪对叶片的形状和表面进行测量，以检测叶片的变形和磨损情况。

- 使用应变计等设备对塔筒和叶片进行应力测量，评估其结构的稳定性和安全性。

2.5 风资源测量风资源测量是评估风能发电潜力的重要环节。

以下是常用的风资源测量方法：- 安装风速测量仪器，如风杆和风速计，对风能发电区域的风速进行实时监测和记录。

- 使用声纳测风仪等设备对空气密度和风向进行测量，以获得更全面的风资源数据。

- 借助风能发电模型，对风能发电潜力进行预测和评估。

风力机叶片周边瞬态风场的混合数值模拟

风力机叶片周边瞬态风场的混合数值模拟

第5卷第4期2013年8月V01．5N o．4A ug．2013风力机叶片周边瞬态风场的混合数值模拟楼文娟罗罡杨伦黄铭枫(浙江大学建筑工程学院，杭州310058)【摘要】本文根据已有的三维瞬态风场混合数值模拟方法，首先利用k—s湍流模型对风力发电机叶片周边的时均湍流场进行C FD数值模拟，用ESD U推荐的方法计算了叶片附近的R eynol ds应力张量，并修正叶片周边风场的脉动风功率谱密度函数。

基于随机流场生成方法逐点模拟了叶片周边的三维脉动风速场，为今后进行叶片脉动荷载的求解奠定了基础。

【关键词】k—F湍流模型；三维脉动风速场；随机流场生成方法；混合模拟【中图分类号】TP391．9：TK8【文献标识码】A【文章编号】1674—7461(2013)04—0010—05风能是一种分布广泛、清洁可再生的能源，风力发电在减轻环境污染方面有重要作用。

风电技术的迅猛发展使得未来风力发电机将向风轮直径更大的方向发展。

这对风力发电机叶片的强度和刚度提出了更高的要求。

风荷载是风力机结构设计中起主要控制作用的一种荷载，因此风力机叶片的风振响应分析十分重要。

然而，受实验条件限制，目前无法有效地通过现场实测获得叶片的风荷载时程，因此，有必要利用数值方法模拟随机脉动风荷载，包括脉动风速场的随机模拟。

获得随机脉动风速场的方法有基于随机过程理论的数值模拟方法和计算流体动力学(C om put a．t i onal Fl ui d D ynam i cs)方法。

杨伦、黄铭枫等¨o基于雷诺应力模型(R eynol ds St res s M odel)，发展了一种混合数值模拟方法，用于高层建筑周边瞬态风场的模拟。

该方法首先通过C FD计算得到建筑附近流场的R eynol ds应力张量，并修正风功率谱。

结合随机流场生成技术，逐点模拟建筑周边风场的脉动风速时程。

然而，以往的研究仅将该方法应用于高层建筑等规则钝体，尚未涉及扭转变截面的复杂形体。

fluent仿真案例

fluent仿真案例

fluent仿真案例Fluent仿真案例。

在工程领域中，仿真技术是一种非常重要的工具，它可以帮助工程师们在设计阶段就对产品进行全面的测试和验证，从而提高产品的质量和性能。

而Fluent作为一款流体力学仿真软件，在工程领域中有着广泛的应用。

本文将通过一个实际的案例，来介绍Fluent在仿真领域的应用。

我们以风力发电机的设计为例。

风力发电机是一种利用风能转换为电能的设备，其叶片的设计对其发电效率有着至关重要的影响。

在传统的设计过程中，需要进行大量的实验来验证叶片的设计，这不仅费时费力，而且成本较高。

而借助Fluent软件，我们可以通过数值仿真的方式来验证叶片的设计，从而减少实验次数，提高设计效率。

首先，我们需要建立风力发电机的数值模型。

在Fluent软件中，我们可以根据实际的几何尺寸和流体特性，建立风力发电机的三维模型。

然后，我们需要设定流场的边界条件，包括风速、气流密度等参数。

接下来，我们可以通过Fluent软件对风力发电机的流场进行数值模拟，得到叶片的受力情况、气流的流动情况等。

通过Fluent的仿真结果，我们可以对叶片的设计进行优化。

比如，我们可以通过改变叶片的形状、倾角等参数，来观察叶片受力情况的变化。

同时，我们还可以通过Fluent软件来模拟不同工况下的风场情况，从而验证叶片在不同环境下的性能表现。

通过Fluent的仿真，我们不仅可以在设计阶段就对风力发电机进行全面的测试和验证，而且还可以通过不断优化设计，提高风力发电机的发电效率。

这不仅可以节约大量的实验成本，而且还可以缩短产品的设计周期，提高产品的竞争力。

除了风力发电机，Fluent软件还可以应用于汽车空气动力学、航空航天领域、化工设备等领域的仿真。

通过Fluent的仿真技术，工程师们可以更加全面地了解产品的性能特点，从而优化产品设计，提高产品的质量和性能。

总之，Fluent作为一款流体力学仿真软件，在工程领域有着广泛的应用前景。

通过本文介绍的风力发电机的案例，我们可以看到Fluent在产品设计和优化方面的重要作用。