【摘要】：在全球能源緊缺背景下,可再生新能源成為研究和發(fā)展的熱點(diǎn),風(fēng)能具備開(kāi)發(fā)成本低、蘊(yùn)藏量大等特點(diǎn)受到人們重視。近年來(lái),風(fēng)電技術(shù)得到了極大的發(fā)展和進(jìn)步,也促使了風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝機(jī)量的提升和產(chǎn)能增長(zhǎng)。但是由于風(fēng)機(jī)工作環(huán)境通常較為惡劣,風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了多起倒塌事故,其中主要原因之一是基礎(chǔ)錨栓銹蝕。預(yù)應(yīng)力錨栓作為風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)與塔筒的重要連接部件,對(duì)風(fēng)機(jī)安全起關(guān)鍵作用,因此風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)錨栓銹蝕檢測(cè)顯得尤為重要。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算,研究風(fēng)機(jī)錨栓銹蝕狀態(tài)下預(yù)應(yīng)力變化規(guī)律。本文主要研究?jī)?nèi)容包括:設(shè)計(jì)了一套錨栓通電加速銹蝕檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),采用與現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)機(jī)相同材料足尺寸錨栓進(jìn)行試驗(yàn),研究預(yù)應(yīng)力受銹蝕的影響和變化規(guī)律。首先在明確銹蝕原理的基礎(chǔ)上,對(duì)銹蝕實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì),確定了實(shí)驗(yàn)設(shè)備和加載流程。完成預(yù)應(yīng)力損失7%、10%、12%、15%、17%、20%六組工況試驗(yàn)。完成試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷默F(xiàn)場(chǎng)裝置搭建并開(kāi)展電化學(xué)加速銹蝕實(shí)驗(yàn),監(jiān)測(cè)該過(guò)程中預(yù)應(yīng)力變化規(guī)律和截面銹蝕情況。研究了銹蝕對(duì)錨栓預(yù)應(yīng)力變化規(guī)律及影響,對(duì)錨栓銹蝕后截面變化狀況進(jìn)行分析,得出不同工況下預(yù)應(yīng)力損失與截面變化規(guī)律。將錨桿劃分為數(shù)段,完成各截面面積測(cè)量,總結(jié)不同位置銹蝕程度差異,得出錨桿截面面積分布規(guī)律。研究了不同工況下預(yù)應(yīng)力損失隨時(shí)間變化規(guī)律,得出不同尺寸錨栓在相同銹蝕條件下差異性。結(jié)合錨栓銹蝕前后質(zhì)量等參數(shù)變化,進(jìn)一步得出預(yù)應(yīng)力損失與截面損失關(guān)系。建立了預(yù)應(yīng)力錨栓銹蝕模型,基于實(shí)驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化,完成了銹蝕模型理論公式推導(dǎo)。由ABAQUS建模得出錨桿剛度值,確定銹蝕率與截面變化關(guān)系。結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)銹蝕模型進(jìn)行修正,得出修正后預(yù)應(yīng)力損失與截面損失關(guān)系,并由此建立了安全評(píng)估方法。由法拉第定律得出理論質(zhì)量損失與實(shí)際質(zhì)量損失關(guān)系,結(jié)合當(dāng)量加速關(guān)系得出試驗(yàn)時(shí)間與實(shí)際工程時(shí)間轉(zhuǎn)化尺度。采用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù),通過(guò)相機(jī)不同位置、距離和角度拍照,完成錨桿三維模型重構(gòu),得出重構(gòu)后錨桿形態(tài)。并建立帶腐蝕坑缺陷的錨桿ANSYS三維有限元模型,分析應(yīng)力分布規(guī)律。完成腐蝕坑尺寸變化的參數(shù)化分析,研究對(duì)錨桿最大應(yīng)力和位移的影響情況。
【圖文】：

本課題來(lái)源于北京金風(fēng)科創(chuàng)風(fēng)電設(shè)備有限公司合作項(xiàng)目：風(fēng)機(jī)光纖術(shù)及風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測(cè)健康診斷 。伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，全球人口數(shù)量快速增長(zhǎng)。人類對(duì)資源的開(kāi)源的需求逐年增加。我們將面臨一個(gè)嚴(yán)峻的問(wèn)題：不可再生資源日漸匱社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展下，過(guò)度開(kāi)采導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的破壞，如何尋求經(jīng)濟(jì)不和合理進(jìn)行能源使用之間的平衡點(diǎn)，也值得我們?nèi)ニ伎�。開(kāi)發(fā)新能源給供了新的方向，未來(lái)的能源開(kāi)采重心也必然向可再生能源轉(zhuǎn)移，并提升換效率，降低常規(guī)能源的消耗。在眾多能源里，風(fēng)能它具備巨大的潛力性受到人們關(guān)注。風(fēng)能具有儲(chǔ)藏量大、可再生、無(wú)污染、環(huán)保、開(kāi)采成特點(diǎn)，，并且是取之不盡用之不竭的新型能源[1]。所以全球各國(guó)逐漸加大源的重視和利用，隨之誕生了風(fēng)力發(fā)電機(jī)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)施工建設(shè)周期短染、占地面積小、裝機(jī)靈活特點(diǎn)受到各國(guó)的青睞，同時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常偏遠(yuǎn)山區(qū)，風(fēng)資源大，土地成本低。一個(gè)風(fēng)場(chǎng)需要的運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員數(shù)量運(yùn)營(yíng)維護(hù)方便，從而進(jìn)一步降低了成本。其眾多優(yōu)良性能也使得近年來(lái)風(fēng)機(jī)的研發(fā)力度逐年加大，如圖 1-1 所示，風(fēng)機(jī)的形態(tài)可分為水平軸風(fēng)機(jī)和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)[2,3]。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文地區(qū)，工作環(huán)境潮濕并惡劣，并伴隨著結(jié)構(gòu)腐蝕發(fā)生，其安全問(wèn)題更為凸顯。近年來(lái)風(fēng)機(jī)事故頻發(fā)，出現(xiàn)了多起風(fēng)機(jī)損壞案例。1997 年以來(lái)發(fā)生了多起風(fēng)機(jī)倒塌事故，追查結(jié)果發(fā)現(xiàn)由于強(qiáng)風(fēng)、剎車系統(tǒng)失靈、結(jié)構(gòu)疲勞等造成結(jié)構(gòu)破壞比例約為 12%，其中多為螺栓強(qiáng)度不足所致。2008 年在臺(tái)灣發(fā)生風(fēng)機(jī)倒塌事故，臺(tái)風(fēng)導(dǎo)致塔筒底部高強(qiáng)螺栓斷裂，原因?yàn)閺?qiáng)度不足。2010 年山西出現(xiàn)兩臺(tái)風(fēng)電機(jī)組破壞，43 號(hào)風(fēng)機(jī)中部與下部法蘭連接處發(fā)生折斷，見(jiàn)圖 1-2。在 61號(hào)風(fēng)機(jī)的法蘭連接處發(fā)現(xiàn)有 48 根螺栓斷裂。2010 年甘肅某風(fēng)機(jī)發(fā)生倒塌，見(jiàn)圖 1-3。2012 年托爾迅風(fēng)電場(chǎng)發(fā)生風(fēng)機(jī)倒塌事故，并造成傷亡事故[11]。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU476

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本文編號(hào)：2690830