风力发电机组简化设计载荷.docx

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风力发电机组简化设计载荷

风力发电机组简化设计载荷（标准的附录）

D1总则

D1.1本附录给出的是近似偏保守的载荷计算方法，它适用于具有下述特点的简风力发电机组的设计，即其风轮轴为水平布置，三片或三片以上叶片与轮毂刚性固定，叶片锥度角和安装角较小。

对于比较复杂的风力发电机组及其安装，通常要求采用较详细的载荷计算方法。

D1.2当要求按加工截面进行全面载荷分析和（或）必须考虑更多因素计算载荷时，需要采用或建立相应的适当计算方法。

D2坐标系

D2.1叶片坐标

叶片坐标系原点位于叶片根部，并随风轮旋转，坐标方向如图D1所示。

D2.2轮毂坐标系

轮毂坐标系原点位于风轮中心，且不随风轮转动，坐标方向如图D2所示。

D2.3塔架坐标系

塔架坐标系原点位于风轮轴和塔架轴的交点上，且不随风轮转动，坐标轴方向如图D3所示。

D3正常运行载荷（载荷情况DLC1.1.1.2）

D3.1作用在风轮上的气动载荷

D3.1.1为了计算，需求出作用在风轮扫掠面积A上的平均压力PH。

PH由式（D1）

确定：

D8由发电机短路引起的载荷（载荷情况LDC2.2）

D8.1发电机短路可引起刹车力矩增大。

若不知道发电机短路力矩，则必须假设在发电机一侧作用8倍的工作力矩。

D8.2作用在风轮叶片上的载荷可按D7的方法进行计算。

D9疲劳载荷

D9.1总则

风力发电机系统疲劳分析工作的基础之一是确定载荷谱。

确定载荷谱时，无论采用测量方法还是计算方法，均应考虑对风力发电机组结构过度损伤的所有疲劳载荷源产生的疲劳载荷。

5.3.4列出的载荷情况，可作为确定载荷谱的基本依据。

对测得的载荷循环数据，可应用雨流计数法进行计算。

假定风力发电机组的最低寿命为20年。

在初步设计阶段，可采用简化计算载荷谱进行结构疲劳分析。

D9.2需考虑的影响因素

在计算载荷谱时，还需考虑下述影响因素：

———重力；

———偏心距eM：

对于风轮需考虑实际质量偏心距。

若无偏心或不知道偏心距，则可采用下列数据：

对平衡风轮：

GM=0.005R；

对不平衡风轮：

eM=0.05R；

式中R———风轮半径；

———塔顶效应及塔后尾流影响：

要根据塔架的几何形态考虑塔顶和塔后风速场的扰动；

———风轮叶片加工或装配容差可能造成气动不对称性。

应考虑实际容差。

如无或

尚不知道此数据，则可假设叶片安装角偏差为±0.3°；

———按5.2.3.1.2确定正常风梯度；

———按5.2.3.2.3和5.2.3.2.5确定风向的变化；

———风向与水平平面的偏差；

———对水平轴风力发电机组，偏航系统工作时间占使用寿命的10%；

———通过塔架共振区产生动态放大的启动和停机程序：

每年在Vin速度下起动和停机1000次，在Vout速度下起动和停机50次；

———按5.2.3.1.3确定风的扰动；

———平均风速的偏差。

D9.3水平轴风力发电机组气动载荷部件的简化载荷谱

D9.3.1对于气动载荷部件，可采用图D4所示的简化载荷谱。

最大幅值是平均气动载荷（按DL0确定）的1.5倍。

载荷最大循环数根据风力发电机组在其整个使用寿命期内在Vr下连续运行的假设，以及该装置的额定转数和分别通过的叶片数目导出。

D9.3.2假设轮毂上作用有气动推力，其作用点的偏心距为

R———风轮半径；

Vr———额定风速。

应假设所施加力在风轮轴上产生的力矩使风轮重量引起的力矩增大。

D9.3.3对叶片和叶片连接件，转速是确定载荷循环数的决定性参数，而叶片通过频率（转速乘叶片片数）是确定风力发电机组其他部件载荷循环数的决定性参数。

计算载荷循环总数时，假定风力发电机系统在整个使用寿命期内均在Vr下运行。

D9.3.4对于风轮叶片，当重力引起的振动需叠加气动载荷引起的振动时，可假设气动力的相位关系与垂直风梯度（即顶部或底部最大）引起的载荷相位一致。

D9.3.5采用损伤等效等幅谱的疲劳分析

可采用损伤等效载荷谱，作为对上述载荷谱的进一步简化。

假设此谱的应力幅值等于按载荷情况DLC1.0确定的气动载荷，所用的S/N曲线的幂指数，m=3~9，载荷循环数可取其等于上述载荷循环数的75%。