论不同风况对风电机组疲劳载荷的影响
风力发电机组 极限载荷

风力发电机组极限载荷1. 引言风力发电机组是一种利用风能转化为电能的设备,由风轮、转轴、发电机、控制系统等组成。
在运行过程中,风力发电机组需要承受各种外部力的作用,其中极限载荷是指在特定条件下,风力发电机组所能承受的最大力。
本文将深入探讨风力发电机组极限载荷的相关内容,包括定义、影响因素、测试方法以及应用。
2. 极限载荷的定义极限载荷是指在特定条件下,风力发电机组所能承受的最大力。
这个力可能是来自风的冲击、地震、雷击等外部因素,也可能是由于机械故障、材料疲劳等内部因素引起的。
风力发电机组的极限载荷需要满足相关国际标准和规范的要求,以确保其安全可靠地运行。
3. 影响因素风力发电机组的极限载荷受多种因素影响,主要包括以下几个方面:3.1 风速风速是影响风力发电机组极限载荷的重要因素之一。
当风速超过一定阈值时,风力对风轮的冲击力将增大,进而对整个机组产生较大的载荷。
3.2 风向风向也是影响风力发电机组极限载荷的因素之一。
当风向发生变化时,风力对风轮的作用力也会发生变化,从而对机组产生不同的载荷。
3.3 地震地震是一种可能对风力发电机组产生较大载荷的自然灾害。
地震引起的地面震动会传导到机组上,对其结构和材料产生影响,从而使机组承受更大的载荷。
3.4 机械故障机械故障是导致风力发电机组承受极限载荷的内部因素之一。
例如,风轮叶片断裂、转轴断裂等故障都会导致机组承受较大的载荷。
4. 测试方法为了确保风力发电机组的安全可靠运行,需要对其极限载荷进行测试。
常用的测试方法主要包括以下几种:4.1 静态测试静态测试是通过施加静态载荷来测试风力发电机组的极限载荷。
这种测试方法主要用于检测机组在静止状态下的承载能力。
4.2 动态测试动态测试是通过模拟风力对风力发电机组的作用来测试其极限载荷。
这种测试方法可以模拟不同风速、风向和风力的情况,对机组进行全面的载荷测试。
4.3 模拟测试模拟测试是通过计算机模拟的方法来测试风力发电机组的极限载荷。
外部环境对风电机组性能影响分析

外部环境对风电机组性能影响分析摘要:清洁能源中的风能资源开发在国家推动下发展较快,大量风电机组运行中暴露许多问题,因此提高风电机组运行稳定性尤为重要。
风电机组的性能是决定发电质量和效率的重要因素。
随着大量风电机组投入运行,一些风电场陆续出现风电机组在恶劣环境中运行导致的性能问题。
由于中国地域辽阔,不同地区的风电场运行环境不同。
其中温度变化对功率输出的影响不容忽视,成为影响风电机组运行的一大因素。
对于温度变化对功率曲线的影响,说明了空气密度对风电机组性能的影响和对于温度变化时风电机组功率影响,重点阐述了在海拔较高的地区,叶片易形成覆冰情况,也会大大影响风电机组的功率因数。
主要论述了气候因素导致叶片表面结冰的问题,分析了叶片表面结冰后风轮气动性能的变化,并对不同程度的叶片表面结冰情况下,气动性能和风能利用率的变化进行对比分析。
指出海拔高度和风电机组气动性能密切相关,海拔高于1000m时,风电机组运行环境将急剧变化。
随着陆地和低海拔地区风力开发逐渐饱和,高海拔地区将成为重点开发地区,但高原环境给风电机组叶片气动性带来的影响不容忽视。
关键词:外部环境;风电机组;性能影响引言风能和风能是世界各国政府开发和利用的清洁能源。
目前,中国主要面向东南沿海,主要位于蒙古和甘肃地区的海风养殖场正在开发中。
青藏高原和高原地区风电场建设仍处于起步和试验阶段。
2012年5月,旧金山首座高原原型风电场在甘肃附件海拔3200米的地方建成,2018年安装了66台1.5瓦风轮,时速1.2亿千瓦。
2014年10月,西藏风电场4700m在5个1.5瓦风电场运行。
这是目前世界上最受欢迎的风电场,也是西藏唯一正在建设的大型风电场。
1风电机组气动特性分析风力机是通过风能的推动而旋转的机构,主要为发电机转子旋转提供动能。
虽然能量守恒,但风能推动风力机旋转时由于机械摩擦力等因素存在能量损失,通常用特定的参数即风能利用系数代表风力机吸收风能效率。
风况仿真设定对风机载荷计算的影响

L u n L U Ja g b , E IJ a , I in - o F NG n - a Ho g y n
( inWe WidP w r eh o g o t ,eh o R e t , adn 7 0 0 C ia Ta i n o e c nl y . d T c n - &D C ne B o ig 10 , hn ) T o C L r 0
sm u a i De t o i l to,P 9 .2 T 3 文献标 识码 : T 6 T 3 1 ,P 1 7 A
李 娟 刘 江波 冯红岩
( 天威风 电科技有 限公 司 研发 中心 , 保定 0 10 ) 7 00
Th f c f n on io e t g smua e n Ia alu a in o n u bn s e e e t d c dt n s t n i lt d o d c c lt f o wi i i o o wid t r ie
【 s a t B sdo r i p id ubn , lp rt gwn n io ee e;n y e ui Ab t c 】 ae a et nt e n riea eai idc dt n r st db a r g r n c a y w t lo n o i w a ms n t id p e t, e id eo re aa r t n dw i i e aye th p te id o h w n edi s et n suc t e ba e ,hc w lb l dtg ey e f h n f r e s ni h w r d a oi h l a z o et t o n w t aw n fr .h n h idcn io s nda d h id odt nm au d ee o p rda d _ h r l id amT e e n dt n ei e e n n io e r r cm ae 帆0 ee t w o i d g nt w c i s e w n l e tv ry h inly n orcns o m d l g h id o io m l e ui te ei ae y d o ei te a o ai adc r t sf o ei te n c n t n i ua dd r g h s s g ; z f r t t ee n w d i s t n d g t n A crigt tel drq i m n  ̄uae eG 2 1 , o e n fr i l i a h ei id c odn a ure t t l di t L 0 0 m d l g o mua o ld o e p ca w n oh o e e s t nh i s t n o ft s l W a etu el f r l etw r a e ig d O no h i ubn a bandb H B ae s a m d , s h a o a , e, wb a n a e n ri W o t e yG - l d h t o d bd o y r n S o ft w dt e s i d l d c c l i .ial, em s ip r n fu n eta tewn o dt nat ntewn ubn ee o a ua o Fn l t ot m ot t n e c ht h i cn io c o idtri w r a l t n yh a i l d i h e S lr du fe a a z g h faue o w n cn io sw i s 枷 cnf rubn d s n ur n  ̄ pat n yi te e rsf id odt n ,hc r l n t i his a to tri ei . e g
风力发电机组结构疲劳性能分析与寿命预测

风力发电机组结构疲劳性能分析与寿命预测随着全球气候变化的加剧,清洁能源成为了今后发展的必然选择。
在可再生能源中,风能是一种非常优秀的资源。
于是,风力发电机的市场逐渐得到了加强,我们也会关注风力发电机的安全性及可靠性问题。
那么,风力发电机的结构疲劳性能和寿命预测如何进行分析呢?一、结构疲劳性能分析疲劳是造成风力发电机结构故障的主要因素之一。
因此,分析风力发电机组件的疲劳性能至关重要。
众所周知,风力发电机构件常处于大的变化负载状态和复杂的环境下。
大的变化负载状态包括切向风、轴向风、横向风、重力等,以及频繁的转动、摆动、压缩和拉伸等。
复杂环境则指如冰雪、雷击等极端天气环境。
这些复杂的机械和自然环境给风力发电机构件的疲劳性能分析带来了挑战。
在实际运行中,风力发电机的叶片、轴承和齿轮等组件会受到较大的载荷影响。
结构疲劳性能分析过程中涉及的载荷和应力、材料特性、转子振动、寿命和可靠性等方面,需要综合考虑,参照现有的风力发电机标准及相关工程经验,建立可行的结构疲劳性能模型。
二、寿命预测当我们对风力发电机结构的疲劳性能进行分析后,我们需要进一步开展寿命预测。
寿命预测为评估风力发电机的使用寿命、设计寿命和寿命周期费用提供了重要依据。
目前,寿命预测通常采取在负载下、失效样本收集分析的方法。
通过这种方法就能够掌握风力发电机在不同负载下的失效机理和寿命特征,有利于设计寿命的设置和维修计划的制定。
总之,风力发电机的结构疲劳性能和寿命预测的分析需要在实践中通过多种手段进行探索、实验和验证。
新的技术和方法有望不断提升风力发电机的结构可靠性和运行安全性。
风力发电机组结构疲劳损伤分析与预测

风力发电机组结构疲劳损伤分析与预测引言:随着能源需求的不断增长和环保意识的提高,可再生能源扮演了越来越重要的角色。
其中,风力发电被广泛认可为一种高效、清洁的能源形式。
然而,风力发电机组在长期运行过程中往往会遭受到风力的冲击和变化环境的影响,从而引发结构疲劳损伤。
疲劳损伤是指由重复加载和应力下结构部件的逐渐损伤导致破坏的现象,是风力发电机组的重要工程问题。
本文将重点就风力发电机组结构疲劳损伤的分析与预测进行论述,并介绍该领域的最新研究成果以及未来的发展趋势。
一、结构疲劳损伤的形成机制结构疲劳损伤是由外部荷载和应力变化导致的,通常具有以下几个主要的形成机制:1. 应力集中:结构中的薄弱部位容易形成应力集中,导致该处的应力水平显著增加,从而加速疲劳损伤的发展。
2. 振动载荷:风力发电机组长时间作业过程中,受到了风的冲击和振动载荷的作用。
这种载荷是不断重复的,会导致结构应力的累积,引发疲劳损伤。
3. 材料特性:材料的力学性能和耐久性是结构疲劳损伤的重要因素,不同材料的耐久性差异会导致不同结构部件的损伤程度不同。
二、结构疲劳损伤分析的方法1. 数值模拟:数值模拟是一种常用的疲劳分析方法,可以通过有限元分析等方法对结构受力情况进行模拟,并预测结构的疲劳寿命。
在数值模拟中,需要准确描述结构的几何形状、材料特性和加载条件等参数。
2. 实验测试:实验测试是验证数值模拟结果的有效手段。
通过对实际风力发电机组进行监测和试验,可以获取结构在不同工况下的应力和振动数据,以评估结构的疲劳损伤情况。
3. 数据分析:数据分析是从实验测试数据或现场监测数据中提取有用信息的关键步骤。
通过采用各种统计分析方法,如功率谱密度分析、相关性分析等,可以识别关键特征参数,建立结构疲劳损伤的预测模型。
三、结构疲劳损伤的预测方法1. 基于经验模型的预测方法:基于经验模型的预测方法主要利用已有的试验数据和经验公式,建立起结构疲劳损伤与工作载荷、结构几何和材料特性等因素之间的关系。
风电 等效疲劳载荷计算

风电等效疲劳载荷计算风电是一种利用风能转换成电能的清洁能源,越来越受到人们的关注和重视。
然而,由于长期以来的运行和风力的变化,风机的叶片和其他部件会受到疲劳载荷的影响。
因此,进行风电的等效疲劳载荷计算,对于确保风机的运行安全和可靠性至关重要。
在风电行业中,等效疲劳载荷计算是评估风机叶片和其他部件的疲劳寿命的关键步骤。
通过对风机在不同风速下的工作状态进行模拟和分析,我们可以得出风机在实际工作中所受到的等效载荷。
这些载荷包括风速、风向、温度、湿度以及其他环境因素等,它们会对风机的叶片、轴承、齿轮等部件产生影响。
为了进行等效疲劳载荷计算,首先需要确定风机的设计参数和工况条件。
这些参数包括风机的额定功率、切入风速、切出风速等。
然后,通过采集和分析实际风机的运行数据,得出风机在不同风速下的工作状态和风能转换效率。
同时,还需要考虑到风机的使用年限、维护情况等因素,以确定风机的使用寿命和疲劳载荷。
在进行等效疲劳载荷计算时,需要结合风机的结构特点和材料特性,采用适当的疲劳寿命模型和计算方法。
常用的疲劳寿命模型包括Wöhler曲线和Miner准则等。
通过这些模型,可以预测风机在实际工作中的疲劳寿命,并进行疲劳载荷的评估和优化。
在进行等效疲劳载荷计算时,还需要考虑到风机的安全系数和可靠性要求。
通过合理设置安全系数,可以确保风机在设计寿命内不会发生破坏和事故。
同时,还需要进行可靠性分析,评估风机在不同工作状态下的可靠性水平,并制定相应的维护和保养计划,以确保风机的长期运行和性能稳定。
等效疲劳载荷计算是风电行业中一项重要的技术工作。
通过合理的计算和评估,可以确保风机的运行安全和可靠性,从而推动风电产业的发展并促进清洁能源的利用。
让我们共同努力,为构建美丽家园做出贡献。
酒泉风电基地风况变化对风力发电的影响

酒泉风电基地风况变化对风力发电
的影响
酒泉风电基地是我国最大的风电基地之一,位于甘肃省酒泉市敦煌市和玉门市境内,总装机容量达到了500万千瓦。
酒泉风电基地的优越地理条件和丰富的风资源,使其成为中国风电产业的龙头之一。
然而,基地内部的风况波动也会对风力发电产生影响。
风力发电是利用风能驱动风力机转动,从而发电的一种发电方式。
风力机转动的速度和转动的时间越长,其利用风能发电的效率越高。
由于风的波动和风向的改变,风力机的转动速度难以保持稳定,所以风速和风向的变化对其发电效率有重要影响。
酒泉风电基地处于内陆干旱区域,夏季气温高,空气干燥,干旱少雨是其气候特点。
同时,由于当地地势高低落差大,草原地形复杂,自然条件十分恶劣,使得基地内部的风况变化十分明显。
在酒泉风电基地,由于地形等各种因素的影响,风向和风速常常处于变化之中。
这就需要科学地优化风电机组的布局,同时加强实时监测,不断调整风电机组的叶片角度和转速,最大限度地利用风的能量,确保发电效率和稳定性。
此外,针对基地的风况变化,也需要在风力发电的设计中考虑到大风等恶劣天气的情况,提高风机组的抗风能力。
将抢险预警机制贯穿
于风电场建设全过程,并强化巡视检查等管控手段,进一步提高风电场的安全可靠性。
总的来说,风况变化对风力发电的影响十分显著,而酒泉风电基地的地理条件更是增加了这种影响。
为了建设高效稳定的风电场,需要关注当地的气象环境及地形状况,并严格控制风电机组的品质和工艺,不断改进设计和技术,为我国的绿色能源提供更稳定可靠的支持。
低风速环境下风力发电叶片的疲劳寿命评估与预测

低风速环境下风力发电叶片的疲劳寿命评估与预测随着清洁能源需求的不断增加,风力发电逐渐成为主要的可再生能源之一。
在风力发电系统中,叶片是最关键的组成部分之一,其质量和性能直接影响着整个系统的运行效率和可靠性。
然而,低风速环境下风力发电叶片的疲劳寿命评估与预测成为一个重要的挑战。
低风速环境下,风力发电叶片的运行状态与常规高风速环境下存在明显的差异。
在低风速条件下,风力发电机组需要经过更长时间才能达到额定功率输出,这意味着叶片会长时间处于部分负载或低负载运行状态。
这种运行状态对叶片材料的疲劳寿命造成了更大的影响。
叶片的疲劳寿命评估与预测是通过定量分析叶片在长期低负荷工作条件下的疲劳损伤程度,从而确定其可靠性和使用寿命。
评估和预测叶片疲劳寿命的主要方法包括有限元分析、试验研究和统计分析。
有限元分析是常用的方法之一,通过建立叶片的数值模型,模拟不同工况下的应力和应变分布,进而预测叶片的疲劳寿命。
该方法能够较为精细地描述叶片的力学特性,对于叶片结构的优化设计提供了有力的支持。
然而,有限元分析需要大量的计算资源和专业知识,对于叶片结构的复杂性和非线性特性的处理也存在一定的挑战。
试验研究是评估叶片疲劳寿命的重要手段之一。
通过搭建试验台架和风洞实验,可以模拟低风速环境下叶片的工作状态,测量和记录叶片的应力和位移变化。
根据实验数据,结合材料疲劳性能指标,可以定量评估叶片在低风速工况下的疲劳寿命。
试验研究不仅可以验证有限元分析结果的准确性,还可以获取更直接、真实的疲劳性能数据。
然而,试验研究需要大量时间和成本,并且可能受到实验条件的限制,无法覆盖所有低风速工况下的情况。
统计分析是预测叶片疲劳寿命的常用方法之一。
通过分析大量风力发电机组的运行数据,建立叶片的剩余寿命模型,预测叶片在低风速环境下的疲劳寿命。
统计方法可以考虑诸多因素,如叶片材料、结构设计、风速变化等,全面评估叶片的寿命状态。
然而,统计分析方法的准确性受到数据质量和样本数量的限制,并且需要不断修正和验证模型以提高预测准确度。
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论不同风况对风电机组疲劳载荷的影响
发表时间:2018-04-11T15:37:41.073Z 来源:《电力设备》2017年第32期作者:王青磊[导读] 摘要:风力发电机组总体载荷计算评估是风力机设计以及风电场风机选型中的一项重要工作,特别是对于大型MW级风机,其意义更为重大。
(国家电投集团湖北绿动新能源有限公司湖北武汉 430071) 摘要:风力发电机组总体载荷计算评估是风力机设计以及风电场风机选型中的一项重要工作,特别是对于大型MW级风机,其意义更为重大。
风机载荷计算评估包括极限载荷评估和疲劳载荷评估。
从计算角度分析,影响风机疲劳载荷的主要因素包括风电场的湍流强度,空气密度以及年平均风速等相关风况气象参数。
本文通过总体载荷计算,对影响风机疲劳载荷的主要工况进行载荷计算以及疲劳分析,给
出规律性的结论,为以后的风机设计,风机选型等相关问题提供理论基础以及经验总结。
关键词:不同风况,疲劳载荷,动量-叶素理论风电场的开发是一个资金庞大,周期较长的项目,而整个风电场的主要设备是风力发电机组。
所以,我们必须对风力发电机组的安全性和可靠性做一个科学规范的计算校核。
需要对特殊地形造成的特殊风况进行疲劳载荷分析和总结,做成自己的数据库,对不同风电场进行载荷评估。
一、风机总体载荷计算理论基础
1.1、风机气动载荷
目前计算风力发电机的气动载荷有动量-叶素理论、CFD等方法。
动量-叶素理论是将风轮叶片沿展向分成许多微段,称这些微段为叶素,在每个叶素上的流动相互之间没有干扰,叶素可以认为是二元翼型,在这些微段上运用动量理论求出作用在每个叶素上的力和力矩,然后沿叶片展向积分,进而求得作用在整个风轮上的力和力矩,算得旋翼的升力和功率。
动量-叶素理论形式比较简单,计算量小,便于工程应用,估算机组初始设计时整机的气动性能,被广泛用于风力机的设计和性能计算,而且还用来确定风力机的动态载荷,不断地被进一步改进和完善。
为此在计算中应用动量-叶素理论方法来计算风机的气动载荷。
1.2、动量理论
动量理论是经典的风力机空气动力学理论。
风轮的作用是将风的动能转换成机械能,分不考虑风轮后尾流旋转和考虑风轮后尾流旋转两种情况应用动量理论。
1.3、叶素理论
叶素理论的基本出发点是将风轮叶片沿展向分成许多微段,称这些微段为叶素,在每个叶素上的流动相互之间没有干扰,叶素可以认为是二元翼型,将作用在每个叶素上的力和力矩沿展向积分,求得作用在风轮上的力和力矩。
1.4、动量─叶素理论
为了计算风力机性能,必须计算风轮旋转面中的轴向诱导因子和周向诱导因子,这就需要用到动量─叶素理论。
由动量理论和叶素理论通过迭代方法可以求出轴向诱导因子和周向诱导因子。
1.5、雨流技术基本计数规则
1)雨流依次从载荷时间历程的峰值位置的内侧沿着斜坡往下流;(2)雨流从某一个峰值点开始流动,当遇到比其起始峰值更大的峰值时要停止流动;(3)雨流遇到上面流下的雨流时,必须停止流动;(4)取出所有的全循环,记下每个循环的幅度;(5)将第一阶段计数后剩下的发散收敛载荷时间历程等效为一个收敛发散型的载荷时间历程,进行第二阶段的雨流计数。
计数循环的总数等于两个计数阶段的计数循环之和。
二、疲劳载荷评估
风机的疲劳载荷主要是由于外部风电场的气象风况条件决定的,主要由湍流强度,风场的空气密度,以及风电场的年平均风速决定的。
我们通过叶素动量理论进行工程分析以及和模拟软件相结合,对疲劳工况进行分析。
我们模拟所使用的模拟软件为GH Bladed软件,主要是用于水平轴风机载荷计算以及风机性能分析。
主要包括风机的初步设计,风机的详细设计以及零部件设计,风机型式认证。
在风机输入参数中,有风机的气动和结构参数,传动链和电气系统,传感器系统和制动系统,控制和安全系统等;外部条件输入包括风况输入,波浪和洋流,地震,风机故障,电气和电网扰动等;风机的稳态特性,主要包括气动信息,系数性能,稳态功率曲线,稳态运行载荷以及稳态停机载荷等;动态模拟风机的特性,包括正常运行,启动,紧急停机,正常停机,空转,静止等。
GH Bladed软件的主要通过水平轴空气动力学动量理论,叶素理论,叶素-动量理论等基本理论,结合风机的气动特性,以及叶尖轮毂损失,塔影模型,动态失速,尾流等修正,迭代计算出风轮的轴向和周向的入流因子,从而计算出风机的各位置载荷。
通过测试,GH Bladed软件计算结果和在风电场实际运行的数据相当吻合。
选用某公司117-2000-85型的风机为研究对象,风机模型不变,控制系统不更改的情况下,分别从风电场不同的湍流强度,不同的空气密度以及不同的年平均风速的情况下,分别对风机关键截面的等效疲劳载荷进行对比分析,试图找到规律,为以后设计风机以及风机的快速选型打好良好的理论基础.
2.1不同湍流强度下疲劳载荷分析
选用某公司117-2000-85型的风机,空气密度为标准的空气密度1.225kg/m3,年平均风为6.5m/s,湍流强度选取位0.1,0.14,,0.18的情况进行载荷计算以及雨流技术统计,选取叶根处载荷(m=10)以及塔筒底部载荷(m=4)进行比较。
计算结果详见下图表:表2.1 叶根不同湍流强度的疲劳载荷以及对比。