广州大学土木工程学院 广东广州 510006
摘要：风力发电是清洁可再生能源中不可或缺的一部分，当今世界能源资源紧缺的格局下，强风作用下风力发电塔振动控制技术的研究成为风力发电推行过程中亟待解决的一大难题。鉴于此，应对高度超过100米的风力发电塔采用水平TMD进行减振控制，促进风力发电技术的推广和使用。
关键词：风力发电塔；风振响应；TMD减振
0 引言
风力发电塔主体结构刚度和阻尼比较小，在强风作用下会产生较大的动力响应，其顶部各点的位移和加速度均超过限值[1]，影响风力发电系统的正常工作，这也是当前风力发电大规模推广使用所面对的一个大短板。风力发电系统要保证在强风作用下结构不会有太大的位移才能稳定工作，本研究Midas Gen软件对该结构进行建模和分析，拟采用调频质量阻尼器TMD对该结构实施风荷载激励下的减振控制。
1 工程概况
利用Midas Gen建立140米柔塔风力电机的塔架模型，其顶部还有风机结构，折算成荷载附加到结构上。塔壁为薄壁钢板构成，钢材等级为Q345，整个塔身分为六个塔段，不同塔段又分若干塔节，每节高2.5m，总塔身高137.3m，模型总质量为562.33t。
2 TMD减振设计
TMD的减振原理是在主结构（主系统）上耦合一个弹簧质量阻尼振动系统（附加系统）。当附加振动系统的固有频率处于主系统的原固有频率附近，则可使主系统原固有频率处的共振峰消失，即由原主系统的单峰共振区转变为新系统的双峰共振区。图1为TMD设计原理[2]，1水平基座，2竖向环板基座，3质量块，4固定件，5弹簧，6阻尼器，7缓存器，8质量块。
表1 TMD参数
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在塔架82.5m的高度处设计了一个平台，用于安装TMD减振装置。结构一、二阶振型平动，结构三、四阶振型为结构中间的横向振动，其中第三、四阶频率为1.2Hz，作为结构的主控频率。
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图1 TMD系统设计原理
3 TMD减振性能分析
塔架结构为圆对称模型，TMD采用8弹簧连接水平布置，如图2所示，对塔架模型进行鞥何在施加，进行风时程动力响应分析，对比无控和有控下结构的位移和加速度。对TMD布置层的质点时程位移和加速度进行傅里叶变换得到位移和加速度频谱图可以看出，可以看出主要频段处减振效果很好，表明TMD系统对结构起到了很好的移频和减振作用。从表3可以看出，TMD系统对风机柔塔结构的位移减振效果十分显著，最佳达到82.11%。加速度的减振效果同样很出色，最佳达到33.64%，从图3位移和加速度时程曲线也可以看出，设置里TMD系统后结构得到了很好的减振效果。
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图2 塔架结构及塔架位移加速度谱分析
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图3 位移、加速度时程减振效果
表2 结构竖向提取点位移和加速度峰值减振效果
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注：提取点6为TMD布置层
4 结论
塔架风振响应以结构第三、四阶频率为主，TMD系统的频率也应该调谐至第三、四阶频率（1.2Hz），以便更好地发挥减振性能。TMD系统对风机柔塔结构的位移减振效果十分显著，最佳达到82.11%。加速度的减振效果同样很出色，最佳达到33.64%，表明风力发电的塔架设置水平TMD系统可以起到很好的减振控制作用，在同类工程项目中具有参考意义。
参考文献：
[1]JGJ3—2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[2]黄夏羿，闵志华，夏昌，王新娣.一种滚动式万向型水平调谐质量阻尼器[P].上海：CN208202198U，2018-12-07.