海上风电机组部件运输及吊装中的应力监测

随着国内海上风电项目的不断发展，海上风电机组的运输和施工安全受到了越来越多的关注。为进一步缩短工程建设周期，提高安装效率，海上风力发电站采用整体吊装、一步到位的方式，即将导管架帽、塔筒和风力发电机组作为一个整体进行吊装。因此，风电机组模块的重心较高，工作船在运输过程中的运动对塔架结构的强度影响较大，导致塔架结构在运输过程中处于较高的应力水平。鉴于这种情况，运输及吊装过程中对塔架进行应力监测，以确保风电机组塔架和工作船在运输及吊装过程中的安全。

塔架应力测量准备

经过前期理论分析和有限元计算结果，发现风力发电系统主要承载结构在动静态载荷作用下，有三处应力水平较为显著。因此，在三个截面位置沿塔架内壁周向均匀布置应变片。每个截面位置处布置10片应变片，间隔角度36°，并分别加以编号。

应变片的三个位置分别为：

1. 筒体塔架结构底端与导管架帽连接部位（标高17米处），此处结构刚度变化很大，另在标高16米处，底端支架与塔架整体结构连接处，在这两个位置粘贴应变片进行测量。

2. 筒体标高30.2米处，这是有限元计算*不利的位置，在船体摇摆作用下，水平惯性力作用产生*大竖向应力，在此处粘贴应变片进行测量。

3. 顶端法兰盘底部（标高55.5米），与顶端风电机组连接位置，截面*小。在竖向力或者恒定弯矩的作用下，这里的受力*为不利，在此处粘贴应变片进行测量。

仪器采用南京聚航科技有限公司的JHDY动态应变仪，全软件操作。测试过程中采集到的应变数据，通过软件控制程序中的计算程序，将测点的主应力的大小自动计算出来，形成图线显示出来。由于测点测得的应变数据曲线的变化具有一定的周期性，可以根据测试曲线来大致确定塔架结构的振动周期。

应力测量步骤

①　 粘贴应变片；在粘贴应变片时，应检查应变片是否有折痕，断丝等缺陷。粘贴全过程应在尽可能短的时间内完成，并避免任何形式的污染物。

②　 接线；应变片与连接线焊接在一起后与动态应变仪连接。

③　 设备调试；通过软件选择通道号，等待其稳定后按下“调零”键，待稳定后测试。

④　 正式测试

测量结果分析

1. 测点应力值分析。运输过程持续48小时，共取用61个时间节点数据进行分析，从每个时间节点开始的10分钟内分析，主应力振动幅度作为考察船舶动态作用对塔架结构产生影响的参量。对应变片测得的主应力值振动幅度进行统计，按照时间先后顺序将各层应变片的竖向主应力用直线连接起来。

2. 结构真实应力。塔架结构的真实应力需在测得应力的基础上加上原有结构自重产生的应力作用。由于重力对结构的作用以竖向应力为主，且对结构的作用既有压应力，又有拉应力，所以为考察实际工况中重力对结构的不利影响，将重力与各个测点测得的*大应力幅值进行。

3. 结构有限元分析。为了便于实验数据与有限元结果的比较，根据不同的角加速度，对结构测点的应力有限元计算结果进行了分析，由于实测过程中船舶横摇加速度比较小，所以在小范围内对结构响应进行计算。

4. 结构自振特性。测试过程中的结构测点应力的时间历程曲线，也呈现出一些周期变化特征，基本可以判断出塔架结构运动和传播运动的一些动态特征。