DB44DB44/T1936—2016風(fēng)力發(fā)電機組載荷設(shè)計規(guī)范2016-12-02發(fā)布2017-03-02實施廣東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布 Ⅲ 1 1 1 5 8 9 12 22 26 28ⅠⅢ1下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本標(biāo)GB/T18451.1-2012風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)計要求(IEC61400-1：GL2010風(fēng)力發(fā)電機組認(rèn)證指南（GuidelinefortheCertificationIEC61400-3：2009第三部分：海上風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)計要求(WindturbinesPart3：Design2用于海上結(jié)構(gòu)物設(shè)計的具有指定高度、周期和方向的最大單個波高的期望值(通常為上跨零點波高),年超越概率為1/N(重現(xiàn)期為N年)。風(fēng)力發(fā)電機組支撐結(jié)構(gòu)的組成部分，能將作用在結(jié)構(gòu)上的載荷傳遞到地面或海床上。不同類型的具樁塔架樁3支撐結(jié)構(gòu)supportstructure(foroffshore最高天文潮位highestastr4在某海況下波高的統(tǒng)計量，定義為4ση,其中ση為海面高程的標(biāo)準(zhǔn)差。在波頻變幅較窄的海況考慮潮汐和風(fēng)暴潮效應(yīng)，并排除波浪引起的變化而計算得到的理論水位。靜水位可以高于、等于5上跨零點之間的波高隨時間變化的部分。在海面自下向上（而不是自上向下）經(jīng)過靜水面時，出AaBC6fRg2]H15refkLNnnrefPsTtV7zhubαρωFφAETMHAT最高天文潮位(HighestAstrono8在建立整機模型時，應(yīng)保證模型盡可能地與實際模型相同，表1為整機模型建立的指導(dǎo)，為主要葉片剛度:葉片應(yīng)選用彈性體，至少考慮揮舞和擺振方向上不同的剛度。對于葉片長度（超過），葉片質(zhì)量矩誤差：應(yīng)考慮制造葉片質(zhì)量和一階質(zhì)量矩與理論設(shè)計值的差別，此偏差應(yīng)該在±5%以內(nèi)。同時，應(yīng)考慮風(fēng)輪葉片之間偏差，模擬風(fēng)輪間葉片不平衡質(zhì)量矩應(yīng)不小于單只葉片質(zhì)量矩的葉片安裝角誤差：由于風(fēng)輪葉片的生產(chǎn)或裝配誤差可能引起的氣動不對稱，如果該影響未知，應(yīng)假定±0.5°的葉片安裝角誤差（例如對于三葉片風(fēng)輪：葉片1為0°,葉片2為-0.5°,葉片3為+0.5°)。葉片結(jié)冰模型：可以通過增加葉片質(zhì)量改變質(zhì)量分布的方法來表示葉片結(jié)冰的情況。對其在葉片μE=(0.00675+0.3exp(?0.32R))ρEcmin(cmin+cmax)（1）其中，μE是輪轂中心到葉尖長度的1/2處前緣質(zhì)量分布[kg/m]，R是風(fēng)輪半徑9對于整機模型，電氣部分動態(tài)響應(yīng)參數(shù)應(yīng)該來自現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)。如果沒有，可以采用電氣部件供SⅠⅡⅢⅠⅡⅢ7A15=0.18ref=0.1615=0.18B15=0.16ref=0.1415=0.16C15=0.14ref=0.1215=0.14廣東省沿海臺風(fēng)地區(qū)風(fēng)場具有10分鐘平均風(fēng)速接近50m/s，年平均風(fēng)速小于7m/s的特點，針對此S2等級適用于外部條件超出以上明確了各個參數(shù)的等級或者有其他特殊要求的設(shè)計等級，由風(fēng)力6.3陸上風(fēng)況對于極端湍流風(fēng)模型，10分鐘內(nèi)的平均風(fēng)速是高度z的函數(shù)，重現(xiàn)期為50年或1年的極端湍流風(fēng)速對于極端湍流風(fēng)模型，輪轂高度處平均風(fēng)速Vm應(yīng)采用Vre或0.8Vef。要使用的模型應(yīng)與正常湍流對于模擬臺風(fēng)時的EWM,除滿足上述要求外，輪轂高度處縱向湍流強度由公式(6)給出，湍流風(fēng)三個方向(縱向、橫向和垂直方向)速度分量的標(biāo)準(zhǔn)差如表3所示。表3湍流風(fēng)速度分量標(biāo)準(zhǔn)差類別縱向橫向垂向標(biāo)準(zhǔn)差σ類別ABCS表面粗糙長度Z。[m]由整機制造商確定風(fēng)廓線V(z)表示為相對于地面的高度z的函數(shù)。如果是標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)力發(fā)電機組等級，假定正常風(fēng)速風(fēng)α冪律指數(shù)，根據(jù)IEC61400-3取0.14,具體取值可根據(jù)實測數(shù)據(jù)。正常湍流風(fēng)模型(NTM)對于海上風(fēng)力發(fā)電機組，正常湍流風(fēng)模型，輪轂高度處的風(fēng)速縱向分量的標(biāo)準(zhǔn)差由公式(8)定σ1=Ineg(0.75Vhub+b);b=5.對于海上極端風(fēng)速模型EOG、ETM、EDC、ECD、EWS、EWM、ECG及RWM均按照IEC61400-3-2009中6.36.5海況海上風(fēng)力發(fā)電機組載荷計算過程中，如有實測數(shù)據(jù)，應(yīng)按照特定場址的實測數(shù)據(jù)進行計算，若無實測數(shù)據(jù)應(yīng)按照IEC61400-3-2009中6.4節(jié)的規(guī)定進行取值。6.6其他環(huán)境條件6.6.1總則風(fēng)以外的環(huán)境(氣候)條件可能會通過熱作用、光化學(xué)作用、腐蝕作用、機械作用、電力或其他6.6.2正常環(huán)境條件a)設(shè)計的風(fēng)力發(fā)電機組環(huán)境溫度范圍在-20℃~+50℃;g）水溫范圍：0℃~+35℃;b)覆冰：對于風(fēng)力發(fā)電機組非旋轉(zhuǎn)部分，假定暴露在外界的結(jié)冰厚度為30mm。冰的密度ρE為c)地震：地震造成的載荷需要在風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)計中予以標(biāo)準(zhǔn)等級的海上風(fēng)力發(fā)電機組未提出抗震要求的，在有可能發(fā)生地震的海域，應(yīng)針對海上風(fēng)力發(fā)UNF*UNUNUNUNUNUNUNUNUAF*F*EOG1Vhub=VrUNF*EOG1Vhub=VrUNUNUNUUNNTMVhub=Vin,Vout<Vhub<0.7VF*UAUTUAUUUNUNUUNUUNUAEWMTVout＜Vhub＜0F*U設(shè)計載荷工況DLC1.1，包含由大氣湍流引起的載荷要求。DLC1.3和DLC1.6-DLC1.9作為風(fēng)力發(fā)電機組壽命期限內(nèi)潛在重要事件的瞬態(tài)工況。在DLC1.4和DLC1.5中應(yīng)考慮由于電網(wǎng)掉電引起的瞬態(tài)事DLC1.1-DLC1.2、DLC1.4-DLC1.9：應(yīng)包含偏航運動的偏航誤差和滯后情況。如果無法驗證較DLC1.3、DLC1.5-DLC1.9：應(yīng)考慮導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機組的最不利條件的初始方位角。對于三葉片風(fēng)DLC1.4:考慮正常外部條件時，在模擬的瞬態(tài)事件中假定每年20次電網(wǎng)掉電。整機制造商將確定超過次數(shù)（例如n≥nA,P≥PA）、振動、震蕩、葉片變槳失控（對三葉片風(fēng)力發(fā)電機組，其中一個葉片失控和兩個葉片失控均需考慮）、制動系統(tǒng)故障（例如錯誤激活或非激活）和偏航失控故障。此外，DLC6.1:如果確保平均偏航誤差不會導(dǎo)致較大值并且偏航系統(tǒng)不會發(fā)生滑動，則假定極端穩(wěn)態(tài)風(fēng)速模型±15°的偏航誤差，或假定極端湍流風(fēng)速模型±8°的偏航誤差。如果無法排除上述情況，應(yīng)DLC6.2:應(yīng)假定極端風(fēng)況下在風(fēng)暴早期階段發(fā)生電網(wǎng)故障。如果后備電源不能保證至少提供控制系統(tǒng)運行7天以及偏航系統(tǒng)運行24小時，則假定±180°的風(fēng)向變化。對于該工況安全系數(shù)，如果接入電網(wǎng)可靠性高則安全系數(shù)取1.1，如果電網(wǎng)可靠性DLC6.3:重現(xiàn)期為一年的極端風(fēng)與偏航誤差相結(jié)合。對于極端穩(wěn)態(tài)風(fēng)速模型，假定±30°的偏航故障條件應(yīng)與極端風(fēng)速模型(EWM)和一年重現(xiàn)期結(jié)合使用。對于極端穩(wěn)態(tài)風(fēng)速模型，假定±15°的偏航誤差；對于極端湍流風(fēng)速模型，則假定±8°的偏航誤差。在此無需考慮任何其他偏航誤差，除非偏航系統(tǒng)本身故障，在這種情況下，應(yīng)使用±180°的偏航誤差。如果無法排除偏航系統(tǒng)的滑DLC8.1:整機制造商應(yīng)明確為風(fēng)力發(fā)電機組運輸、安裝、維護假定的所有風(fēng)況和設(shè)計狀況，為了在維護條件下，應(yīng)特別考慮不同鎖定裝置（例如葉片變槳、風(fēng)輪和偏航驅(qū)動）的影響。要驗證針），DLC8.2:在該載荷工況中，如果確保偏航系統(tǒng)在整個期間都能正常運行且不會發(fā)生滑動，則極端穩(wěn)態(tài)風(fēng)速模型假定±15°的偏航誤差，極端湍流風(fēng)速模型假定±8°的偏航誤差。如果無法排除滑動DLC9.3、DLC9.4：葉片結(jié)冰工況。其中DLC9.3為考慮潮濕結(jié)冰的情況，需要考慮“所有葉片都結(jié)冰”和“只有一個葉片未結(jié)冰”這兩種情況。將DLC9.3考慮進疲勞分析工況時，按照風(fēng)速分布，需要考慮一年當(dāng)中“只有一個葉片未結(jié)冰”的情況不得小于24小時。DLC9.4是機組結(jié)冰條件比DLC9.3更嚴(yán)DLC9.5-DLC9.6是臺風(fēng)設(shè)計工況，考慮臺風(fēng)登陸前風(fēng)力發(fā)電機組停機的狀態(tài)，包括機組從發(fā)電狀態(tài)到空轉(zhuǎn)狀態(tài)的過程中產(chǎn)生載荷的所有情況。若風(fēng)力發(fā)電機組在受到臺風(fēng)前處于停機狀態(tài)，則這種設(shè)是風(fēng)況（風(fēng)速、湍流）更加惡劣。如果考慮這種工況，則工況DLC6.1、DLC6.2、DLC6.3、DLC7.1可以如果風(fēng)力發(fā)電機組有備用電源，且至少可以使控制系統(tǒng)運行7天，使偏航系統(tǒng)運行24小時，則DLC9.9只需考慮±8°偏航誤差。如果風(fēng)電場的電網(wǎng)在臺風(fēng)經(jīng)過時不經(jīng)常出現(xiàn)掉電，則DLC9.9的安全系數(shù)取1.1；如果風(fēng)電場的電網(wǎng)在臺風(fēng)時經(jīng)常掉電,則DL本節(jié)規(guī)范了海上風(fēng)力發(fā)電機組的設(shè)計載荷工況。設(shè)計狀態(tài)的類型N、A或T確定極限載荷所使用的hub]U F*UNhub]UNhub]UNUNUNhub]UNhub]UAhub]UAhub]F*hub]F*hub]UNhub]UN停機hub]F*hub]UNhub]UN停機或空轉(zhuǎn))6.1aUN6.1bUN6.1cUNUAUAUNUNF*UAUAUA布F*UAUAUA布F*DLC1.1和DLC1.2：包含在海上風(fēng)力發(fā)電機組正常運行期間，由大氣湍流和正常海況所引起的載荷DLC1.3：采用正常海況，且每個單獨海況的有義波高應(yīng)取相應(yīng)平均風(fēng)速條件下的有義波高的期望DLC1.4和DLC1.5：采用正常海況，且每個單獨海況的有義波高取相應(yīng)平均風(fēng)速條件下有義波高的期望值，或使用正常確定性設(shè)計波來進行模擬，其中波高可假定為相應(yīng)平均風(fēng)速條件下有義波高的期DLC1.6b：應(yīng)計算每個平均風(fēng)速的極限波高。若計算DLC1.6a時，已在惡劣海況的動態(tài)仿真中完全DLC2.1、DLC2.2、DLC2.3和DLC2.4：采用正常海況，且每個單獨海況的有義波高應(yīng)取為相應(yīng)平均DLC3.1、DLC3.2和DLC3.3：應(yīng)采用正常海況，且每個單獨海況的有義波高應(yīng)取為相應(yīng)平均風(fēng)速條件下的有義波高的期望值，或使用正常確定性設(shè)計波來模擬這些載荷工況。對于DLC3.3，可假定在風(fēng)DLC4.1和DLC4.2：采用正常海況，且每個單獨海況的有義波高取相應(yīng)平均風(fēng)速條件DLC5.1：采用正常海況，且每個單獨海況的有義波高應(yīng)取為相應(yīng)平均風(fēng)速條件下有）（DLC6.1、DLC6.2和DLC6.3：可通過湍流風(fēng)和隨機海況的組合來分析，或通過穩(wěn)態(tài)風(fēng)模型與確定性如果有合適的特定場址測量風(fēng)向和波向，可以從中得到與設(shè)計載荷工況有關(guān)的極端風(fēng)況和極端波況的組合所對應(yīng)的方向偏差范圍。若缺少合適的特定場址的風(fēng)向和波向數(shù)據(jù)，應(yīng)采用導(dǎo)致支撐結(jié)構(gòu)上若該方向偏差角超過30o,由于在風(fēng)向變化產(chǎn)生方向偏差角期間海況的惡劣程度降低，極大波高如果海上風(fēng)力發(fā)電機組有偏航系統(tǒng)，并在該系統(tǒng)中考慮了極端風(fēng)況下的偏航運動（如：自由偏航、被動偏航或半自由偏航），則應(yīng)采用湍流風(fēng)速模型，且偏航誤差取決于湍流風(fēng)向的變化和偏航系DLC6.1：對有主動偏航系統(tǒng)的海上風(fēng)力發(fā)電機組，如可確保偏航系統(tǒng)不產(chǎn)生滑動，那么采用極端穩(wěn)態(tài)風(fēng)速模型時允許最大偏航誤差為±15o,或采用極端湍流風(fēng)速模型時允許最大偏航誤差為±8°。風(fēng)速和極端海況的每個組合，模擬應(yīng)基于至少6個1小時的真實數(shù)據(jù)。在此種情況，輪轂高度處的平均風(fēng)速、湍流標(biāo)準(zhǔn)偏差和有義波高應(yīng)取50年重現(xiàn)期值，且每個值都參考1小時的模擬周期。50年重現(xiàn)期的1小時平均風(fēng)速值可根據(jù)公式(11)中的轉(zhuǎn)換關(guān)系從10分鐘的平均值獲得：湍流標(biāo)準(zhǔn)偏差1小時值根據(jù)公式(12)從10分鐘平均值得到：可使用GB/T18451.1-2012中附錄B的湍流模型以及上述公式給出的50年重現(xiàn)期平均風(fēng)速的1小時值和湍流標(biāo)準(zhǔn)偏差。對于1小時模擬周期的50年重現(xiàn)期的有義波高可從相應(yīng)的3小時基準(zhǔn)周期的有義波高轉(zhuǎn)換得到。對于深水區(qū)域：在淺水區(qū)域，k?值則相對保守，可適當(dāng)調(diào)整。若能證明上述方法不會降低所評估的極端響應(yīng)，則可采用小于1小時的仿真，可使用約束波方法實現(xiàn)。當(dāng)采用10分鐘模擬時間的約束波時，輪轂高度平均風(fēng)速應(yīng)采用50年重現(xiàn)期的10分鐘值，有義波高應(yīng)采用50年重現(xiàn)期的3小時值，嵌入規(guī)則波波高應(yīng)不小于50年重現(xiàn)期的極大波高H?0。DLC6.1b:采用極端穩(wěn)態(tài)風(fēng)速模型和折算確定性設(shè)計波，其中折算設(shè)計波的波高為Hred5o,重現(xiàn)周期50年。對于DLC6.1c,應(yīng)采用穩(wěn)態(tài)折算風(fēng)速模型和極端確定性設(shè)計波。其中，風(fēng)速為Vred5o,波高等于重現(xiàn)期為50年的極大波高Hso。計算DLC6.1a時，若已在極端隨機海況的動態(tài)模擬中完全表現(xiàn)出非線性波運動學(xué)特性，則DLC6.1b和DLC6.1c的計算可省略。DLC6.2假定在風(fēng)暴早期階段極端風(fēng)況下電網(wǎng)掉電的情況。除非能提供后備電源，并且可以保證控制系統(tǒng)運行7天，偏航系統(tǒng)運行24小時，否則應(yīng)分析風(fēng)向變化±180°所產(chǎn)生的影響。DLC6.2a:應(yīng)采用極端湍流風(fēng)速模型和極端海況，其中輪轂高度處的平均風(fēng)速和有義波高應(yīng)取50年重現(xiàn)期值。極端響應(yīng)應(yīng)采用DLC6.1a的方法進行評估。DLC6.2b:應(yīng)采用極端穩(wěn)態(tài)風(fēng)速模型和折算確定性設(shè)計波，其中折算設(shè)計波的波高為Hread50,重現(xiàn)期為50年。計算DLC6.2a時，若已在極端隨機海況的動態(tài)模擬中完全表現(xiàn)出非線性波運動特性，則DLC6.2b的計算可省略。DLC6.3重現(xiàn)期為1年的極端風(fēng)況應(yīng)與極大偏航誤差相結(jié)合。采用極端穩(wěn)態(tài)風(fēng)速模型時，假定極端偏航誤差為±30°,采用湍流風(fēng)速模型時，假定平均偏航誤差為±20°。DLC6.3a:應(yīng)采用極端湍流風(fēng)速模型和極端海況。其中，輪轂高度處的平均風(fēng)速和有義波高應(yīng)取1年重現(xiàn)期值。應(yīng)使用DLC6.1a的方法來評估極端響應(yīng)。DLC6.3b:應(yīng)采用極端穩(wěn)態(tài)風(fēng)速模型和折算確定性設(shè)計波，其中折算設(shè)計波的波高為Hred,重現(xiàn)期為1年。計算DLC6.3a時，若已在極端隨機海況的動態(tài)模擬中完全表現(xiàn)出非線性波運動特性，則DLC6.3b的計算可省略。DLC6.4:對于任何部件可能出現(xiàn)重大疲勞損傷(如來自空轉(zhuǎn)葉片的重力)的各種風(fēng)速條件，應(yīng)考慮這些風(fēng)速所對應(yīng)的波動載荷下預(yù)期的不發(fā)電時間。7.2.8停機兼有故障(DLC7.1-7.2)海上風(fēng)力發(fā)電機組的停機狀態(tài)，如果任何故障(電網(wǎng)掉電)造成機組的不正?，F(xiàn)象，則應(yīng)分析可能產(chǎn)生的后果。對于偏航系統(tǒng)故障，則應(yīng)考慮±180°的偏航誤差。對于任何其他故障，偏航誤差應(yīng)按DLC6.1方法選取。DLC7.1可采用極端湍流和隨機海況的模擬。采用穩(wěn)態(tài)風(fēng)速模型或穩(wěn)態(tài)折算風(fēng)速模型，則應(yīng)和確定性設(shè)計波的組合來進行計算。DLC7.1：計算作用于支撐結(jié)構(gòu)上的載荷時，應(yīng)考慮風(fēng)向和波向的方向偏差。若風(fēng)向和波向有合適的特定場址可供測量極端風(fēng)況和極端波況的方向偏差角范圍，載荷計算應(yīng)基于此范圍內(nèi)的方向偏差角值。若缺少合適的特定場址的風(fēng)向和波向數(shù)據(jù)，應(yīng)采用導(dǎo)致支撐結(jié)構(gòu)上作用有最大載荷的方向偏差角。若該方向偏差角超過30o,海況的惡劣程度降低，極大波高可能會減小，應(yīng)考慮極大波高的減小若在DLC7.1特征載荷下條件下，偏航系統(tǒng)出現(xiàn)滑動，則應(yīng)考慮可能的最不利滑動。在DLC7.1aDLC7.1c：采用穩(wěn)態(tài)折算風(fēng)速模型和極端確定性設(shè)計波，其中，應(yīng)假定風(fēng)速為Vred1，波高等于極大波高H1，重現(xiàn)期為1年。計算DLC7.1a時，若已在極端隨機海況的動態(tài)模擬中完全表現(xiàn)出非線性波運動DLC7.2：對每個風(fēng)速和海況應(yīng)考慮由電網(wǎng)或海上風(fēng)力發(fā)電機組故障導(dǎo)致的不發(fā)電時間的期望小時DLC8.1：整機制造商應(yīng)說明海上風(fēng)力發(fā)電機組運輸、安裝、維護所假定的所有風(fēng)況、海況和設(shè)計DLC8.2：應(yīng)包括所有可能持續(xù)一周以上的海上風(fēng)力發(fā)電機組運輸、安裝、維護情況。對于DLC8.2a，應(yīng)采用極端湍流風(fēng)模型和極端海況。極端響應(yīng)使用DLC6.1a所描述的方法進行評估。對于DLC8.2b，采用極端穩(wěn)態(tài)風(fēng)速模型和確定性折算設(shè)計波，其中折算設(shè)計波的波高為Hred1，重現(xiàn)期為1DLC8.2a若已在極端隨機海況的動態(tài)模擬中完全表現(xiàn)出非線性波運動學(xué)特性，則DLC8.2b和疲勞分析工況中，安全系數(shù)應(yīng)該取1.0。極限強度分析中載荷安全系數(shù)按表8取值，地震期間的載---坐標(biāo)系通?？梢宰孕羞x擇坐標(biāo)系。下圖是可能用到的坐標(biāo)系及相應(yīng)的原點和坐標(biāo)。為了簡化，省略風(fēng)輪軸傾角和錐角的表示。A.1葉片坐標(biāo)系葉片坐標(biāo)系原點位于葉根，通過風(fēng)輪進行旋轉(zhuǎn)，其朝向相對輪轂保持固定，具體見圖A.1。圖A.1葉片坐標(biāo)系XB在風(fēng)輪軸線沿風(fēng)向；ZB徑向；YB垂直于葉片軸線和主軸軸線，符合右手定則。(圖中為上風(fēng)向機型坐標(biāo)系)A.2葉片弦線坐標(biāo)系葉片弦線坐標(biāo)系在相應(yīng)弦線與葉片距軸的交叉處有自己的原點，通過風(fēng)輪以及槳葉角度調(diào)整進行旋轉(zhuǎn)，具體見圖A.2。圖A.2弦線坐標(biāo)系A(chǔ).3輪轂固定坐標(biāo)系輪轂坐標(biāo)系原點在風(fēng)輪中心(或風(fēng)輪軸的任何其他位置，例如轂緣或主軸承),坐標(biāo)系不隨風(fēng)輪(圖中為上風(fēng)向機型坐標(biāo)系)輪轂坐標(biāo)系原點在風(fēng)輪中心(或風(fēng)輪軸的任何其他位置，例如轂緣或主軸承),坐標(biāo)系隨風(fēng)輪旋(圖中為上風(fēng)向機型坐標(biāo)系)A.5偏航軸承坐標(biāo)系偏航軸承坐標(biāo)系原點位于塔架軸與塔架頂端上邊緣的交叉處，不隨著機艙進行旋轉(zhuǎn)，具體見圖(圖中為上風(fēng)向機型坐標(biāo)系)A.6塔架坐標(biāo)系塔架坐標(biāo)系在塔架軸與基礎(chǔ)頂端上邊緣的交叉處有自己的原點，不通過機艙進行旋轉(zhuǎn)。此外，也