风力发电机组设计载荷的分析_宁李谱VIP专享VIP免费

风力发电机组设计载荷的分析宁李谱,宁欣,杨辉,陈乐瑞（河南科技学院,河南新乡453003）摘要：结合风力发电机外部环境和国际标准,对风力发电机设计载荷的确定方法进行了研究.主要对风力发电机的极限载荷和疲劳载荷进行了分析,列出了风力机载荷设计工况的制定过程,选用GH-Bladed软件作为载荷计算工具,计算风机在设计工况下的极限载荷与疲劳载荷,得到极限载荷的预测方法和疲劳载荷的等效简化方法,完成风力机设计中最基础性工作.关键词：风力发电机；载荷分析；疲劳载荷；极限载荷中图分类号：TK83文献标志码：A文章编号：1008-7516（2010）03-0084-05DesignloadsanalysisofwindturbinegeneratorsystemNingLipu,NingXin,YangHui,ChenLerui（HenanInstituteofScienceandTechnology,Xinxiang453003,China）Abstract:Combiningtheexternalenvironmentandtheinternationalstandardsofwindturbine,thedesignloadanalysismethodofthewholewindturbinesystemisstudiedinthispaper.Thefocusistheanalysisofextremeloadsandfatigueloads,predictionmethodforextremeloadsandequivalentsimplifiedmethodforfatigueloadsareobtained.Thenthedevelopmentofwindturbinedesignloadcaseisstudied,theGH-Bladedsoftwareisusedtocomputewindturbine'sloads,windturbine'sextremeloadsandfatigueloadsareanalyzed,thusthemostbasicworksindesigningwindturbinearefinished.Keywords:windturbine,loadanalysis,fatigueloads,extremeloads在风力机设计中必须确定风力机所处的环境和各种运行条件下所产生的各种载荷,其目的是对风力机零部件进行强度分析（包括静强度分析和疲劳强度分析）、动力学分析以及寿命计算,确保风力机在其设计的寿命期内能够正常运行.该项工作是风力机设计中最基础性工作,所有的后续工作都是以载荷计算为基础的.在计算载荷时,要考虑到风力机的复杂性,它是风、空气动力学、波浪、结构动力学、传动系统、控制系统等复杂作用的结果.风力机是与众不同的设备,叶片翼型经常运行在失速的状态下,很可能产生结构共振、载荷不规则、高周疲劳等现象,这就决定了载荷计算的困难程度.1风力机载荷计算方法对于陆上风力机载荷计算,不考虑随机或周期波浪、流体动力学与波浪载荷时间序列三个海上风力机专用选项.风力机载荷计算过程如图1所示.第38卷第3期383Vol.No.河南科技学院学报JournalofHenanInstituteofScienceandTechnology2010年9月2010Sep.doi:10.3969/j.issn.1008-7516.2010.03.021收稿日期：2010-05-13作者简介：宁李谱（1980-）,男,河南长垣人,助教,硕士.主要从事机械设计的教学与科研工作.84序号1234567891011项目额定功率轮毂高度处的额定风速风场类型轮毂高度风轮直径桨叶数切入风速切出风速轮毂高度处的年平均风速风速梯度气流斜度数值1.5MW12.5m/sⅡA64.5m70.00m33.5m/s25m/s8.5m/s0.28deg2风力机载荷计算工况的制定风力机运行在非常复杂多变的自然条件下,不同的外部环境,对风力机的各个零部件受力状态的影响是不同的.为了实现载荷计算目的,达到设计要求,水平轴风力机的载荷计算是以机组将要承受的包含各重要条件的设计工况来体现的.计算工况的确定应将外界条件、风力机运行状态发生的概率与控制和保护系统动作等的组合方式放在一起考虑,并结合风力机设计工况和载荷状态国际标准来制定.2.1外界条件外界条件可以分为正常外界条件和极端外界条件.外界条件应包括影响风力机的所有外界条件,如地形地貌、气象条件等.按概率角度讲,正常外部条件是指一年至少发生一次的概率事件,而极端外界条件是指50年发生一次的概率事件.2.2风力机发电机组的运行状态风力机发电机组的运行状态可以分为正常运行状态、极端状态、故障状态以及运输安装状态,如图2所示.2.3风力机国际标准现代风力机设计中,国际通用标准是IEC61400,它具有通用性、实用性、易操作性与广泛性等特点,本文采用IEC61400-1：2007标准.该标准规定了风力发电机组在特定环境下,设计、安装、维护和运行中的安全要求,涉及到了风力发电机组各子系统,适用于风轮扫掠面积等于或大于40m2的风力发电机组.2.4制定计算工况制定风机计算工况所需参数如表...