海上風電機組部件運輸及吊裝中的應力監測

隨著國內海上風電項目的不斷發展，海上風電機組的運輸和施工安全受到了越來越多的關注。為進一步縮短工程建設周期，提高安裝效率，海上風力發電站采用整體吊裝、一步到位的方式，即將導管架帽、塔筒和風力發電機組作為一個整體進行吊裝。因此，風電機組模塊的重心較高，工作船在運輸過程中的運動對塔架結構的強度影響較大，導致塔架結構在運輸過程中處于較高的應力水平。鑒于這種情況，運輸及吊裝過程中對塔架進行應力監測，以確保風電機組塔架和工作船在運輸及吊裝過程中的安全。

塔架應力測量準備

經過前期理論分析和有限元計算結果，發現風力發電系統主要承載結構在動靜態載荷作用下，有三處應力水平較為顯著。因此，在三個截面位置沿塔架內壁周向均勻布置應變片。每個截面位置處布置10片應變片，間隔角度36°，并分別加以編號。

應變片的三個位置分別為：

1. 筒體塔架結構底端與導管架帽連接部位（標高17米處），此處結構剛度變化很大，另在標高16米處，底端支架與塔架整體結構連接處，在這兩個位置粘貼應變片進行測量。

2. 筒體標高30.2米處，這是有限元計算*不利的位置，在船體搖擺作用下，水平慣性力作用產生*大豎向應力，在此處粘貼應變片進行測量。

3. 頂端法蘭盤底部（標高55.5米），與頂端風電機組連接位置，截面*小。在豎向力或者恒定彎矩的作用下，這里的受力*為不利，在此處粘貼應變片進行測量。

儀器采用南京聚航科技有限公司的JHDY動態應變儀，全軟件操作。測試過程中采集到的應變數據，通過軟件控制程序中的計算程序，將測點的主應力的大小自動計算出來，形成圖線顯示出來。由于測點測得的應變數據曲線的變化具有一定的周期性，可以根據測試曲線來大致確定塔架結構的振動周期。

應力測量步驟

①　 粘貼應變片；在粘貼應變片時，應檢查應變片是否有折痕，斷絲等缺陷。粘貼全過程應在盡可能短的時間內完成，并避免任何形式的污染物。

②　 接線；應變片與連接線焊接在一起后與動態應變儀連接。

③　 設備調試；通過軟件選擇通道號，等待其穩定后按下“調零”鍵，待穩定后測試。

④　 正式測試

測量結果分析

1. 測點應力值分析。運輸過程持續48小時，共取用61個時間節點數據進行分析，從每個時間節點開始的10分鐘內分析，主應力振動幅度作為考察船舶動態作用對塔架結構產生影響的參量。對應變片測得的主應力值振動幅度進行統計，按照時間先后順序將各層應變片的豎向主應力用直線連接起來。

2. 結構真實應力。塔架結構的真實應力需在測得應力的基礎上加上原有結構自重產生的應力作用。由于重力對結構的作用以豎向應力為主，且對結構的作用既有壓應力，又有拉應力，所以為考察實際工況中重力對結構的不利影響，將重力與各個測點測得的*大應力幅值進行。

3. 結構有限元分析。為了便于實驗數據與有限元結果的比較，根據不同的角加速度，對結構測點的應力有限元計算結果進行了分析，由于實測過程中船舶橫搖加速度比較小，所以在小范圍內對結構響應進行計算。

4. 結構自振特性。測試過程中的結構測點應力的時間歷程曲線，也呈現出一些周期變化特征，基本可以判斷出塔架結構運動和傳播運動的一些動態特征。