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第五章载荷分析概述与描述
我做了两组初步的负荷分析。第一个是NREL近海5兆瓦基线风力涡轮机安装在陆地上。其目的是确定基线的响应不受水动力载荷或平台运动影响的风力发电机。第二次加载对安装在海上浮动ITI能源驳船上的同一风力发电机进行了分析。我在两个分析中使用相同的风力涡轮机控制系统。使用相同的涡轮机模型(从叶尖到塔基完全相同)和控制系统由于IEC 614001 - 3设计中规定的设计过程，负荷设置有先例标准[34]认可从陆基风的设计衍生出海基风力涡轮机涡轮机。
最后，对于安装在浮动驳船上的风力涡轮机，必须进行设计修改确保达到良好的性能和保持结构完整性。实际上，我的负载分析只是迭代设计过程的第一步。从最简单的概念(即当然可以避免不必要的复杂在最终设计。即使我只跑了一步迭代过程中，比较的响应浮动系统的响应安装在陆地上的涡轮使我能够量化动力带来的影响风、浪联合作用下水轮机与浮式驳船之间的联轴器装载。这个比较指出了在哪些地方必须进行修改才能得到一个合适的结果浮式系统的设计。这种设计修改必须通过后续项目中的附加负载分析迭代。
我使用了陆地涡轮的IEC 61400-1设计标准[33]和IEC 61400-3设计标准[34]的海基涡轮机作为指导，为我的初步负荷分析。的61400-3设计标准仍处于草案阶段，并对其设计要求进行了讨论处方仍在继续。此外，614000 - 3设计标准明确规定了“设计”本标准规定的要求不一定足以保证工程质量海上风力涡轮机的完整性”[34，第7页]。为我的初步负荷的目的分析(主要是可行性研究)，然而，我假设的设计要求是充分的。我没有尝试识别其他可能的平台特定的设计条件。
在5.1节我提出了一个概述和描述的模拟运行在陆基和海基的负载分析。第5.2节讨论我们如何处理载荷分析数据。第六章为载荷分析结果。（我在NREL的同事M. L. Buhl, Jr.开发了用于运行负载分析的脚本，并在其中提供了帮助处理载荷分析数据。为了感谢这种支持，我用“我们”代替“我”，用“我们的”代替“我的”在第5章中适当的地方写上“我的”。）
5.1设计荷载工况
负荷分析涉及到通过运行一系列的风机来验证风机的结构完整性设计载荷情况(DLCs)，以确定极端(极限)和疲劳载荷(即力和力矩)在机器的一生中所期望的。负载在主电路中进行检查风力涡轮机的成员，包括叶片，传动系统，发动机舱，和塔，和为浮式系泊系统，系泊缆。所要求的dlc涵盖了基本的设计驱动情况如正常运行状态，启动事件，关机事件，停车或空转状态，加上适当的正常和极端的外部条件和可能的故障场景。
每个IEC设计标准规定了大量的dlc。对于这个初步的负载分析，我做了不认为有必要运行设计标准规定的所有dlc;我用了a子集，消除疲劳型dlc，只处理预期的最终负载。这一遗漏是根据陆基和固定底海基的标准设计实践风力涡轮机，其中的结构配置，以承受极限负荷之前，它是检查对疲劳[96]。然而，由于疲劳行为常常支配着风力涡轮机的设计，平台运动对风力机疲劳损伤的影响需要通过在后续项目中处理省略的疲劳类型dlc。
如3.1.6节所述，参考涡轮的控制系统不包含逻辑对于启动或关闭序列，我去掉了3x 4x,和5x中定义的dlc设计标准。但是，我确实会考虑DLC 2.x中的故障场景之后的关闭。我也忽略了与运输、组装、维护和修理有关的8x案例。的我省略的四个dlc可能控制了一些历史上的风力涡轮机的最终负荷，但我认为省略它们是合理的，因为根据我在陆地上的经验涡轮机，他们没有主导的最终负荷。
剩余的终极型dlc包括以下设计情况:DLC 1.倍;发生故障时的电力生产，DLC 2.x;停车(空转)，DLC 6.x;和有故障停车，DLC 7.x。表5-1总结了我选择的dlc。在这个表中，是dlc通过相关的风况、浪况和控制系统的操作行为、故障场景和其他事件。对于陆基在这种情况下，我不考虑波浪的情况，把塔的基座悬在地面上。
表5 - 1。选定的设计负荷情况摘要
|
DLC |
风 |
浪 |
控制条件 |
荷载因素 |
||||
|
模型 |
速度 |
模型 |
高度 |
方向 |
||||
|
1）电力生产 |
||||||||
|
1.1 1.3 1.4 1.5 1.6a |
NTM |
Vin lt; Vhub lt; Vout |
NSS |
H s = E[H s |V hub ] |
beta; = 0ordm; |
正常运作 |
1.25*1.2 |
|
|
ETM |
Vin lt; Vhub lt; Vout |
NSS |
H s = E[H s |V hub ] |
beta; = 0ordm; |
正常运作 |
1.35 |
||
|
ECD |
Vhub = V r , Vr plusmn;2m/s |
NSS |
H s = E[H s |V hub ] |
beta; = 0ordm; |
正常运作 |
1.35 |
||
|
EWS |
Vin lt; Vhub lt; Vout |
NSS |
H s = E[H s |V hub ] |
beta; = 0ordm; |
正常运作 |
1.35 |
||
|
NTM |
Vin lt; Vhub lt; Vout |
ESS |
H s = 1.09*H s50 |
beta; = 0ordm; |
正常运作 |
1.35 |
||
|
2)电力生产加上故障的发生 |
||||||||
|
2.1 2.3 |
NTM |
Vhub = V r , Vout |
NSS |
H s = E[H s |V hub ] |
beta; = 0ordm; |
距失控，关闭 |
1.35 |
|
|
EOG |
Vhub = V r , Vr plusmn;2m/s, V out |
NSS |
H s = E[H s |V hub ] |
beta; = 0ordm; |
甩荷载，关闭 |
1.10 |
||
|
6)停(空载) |
||||||||
|
6.1a 6.2a 6.3a |
EWM |
Vhub = 0.95*V 50 |
ESS |
H s = 1.09*H s50 |
beta; = 0ordm;, plusmn;30ordm; |
偏航= 0ordm;, plusmn;8ordm; |
1.35 |
|
|
EWM |
Vhub = 0.95*V 50 |
ESS |
H s = 1.09*H s50 |
beta; = 0ordm;, plusmn;30ordm; |
水头损失→ -180ordm; lt; Yaw lt; 180ordm; |
1.10 |
||
|
EWM |
Vhub = 0.95*V 1 |
ESS |
H s = 1.09*H s1 |
beta; = 0ordm;, plusmn;30ordm; |
偏航= 0ordm;, plusmn;20ordm; |
1.35 |
||
|
7)停(空转)及故障 |
||||||||
|
7.1a |
EWM |
Vhub = 0.95*V 1 |
ESS |
H s = 1.09*H s1 |
beta; = 0ordm;, plusmn;30ordm; |
抓住刀片偏航= 0ordm;, plusmn;8ordm; |
1.10 |
|
表5-2为不熟悉IEC的读者定义了风浪模型术语。
一般来说，61400-3海基设计标准是61400-1陆基设计标准的超集设计标准。当两个IEC设计标准在细节上有差异时，我选择使用我的陆基和海基载荷分析的61400-3设计标准的规范。这使我能够公平地比较结果。例如，使用的是正常的风廓线在确定性风模型和湍流风模型中都应包含一个垂直的幂律切变根据614001 - 1设计标准和a值0.14为海基涡轮根据614003设计标准。为了方便响应比较，我决定对两者都使用0.14。
图2表5 - 2。风浪模型的定义
|
Abbr. |
定义 |
解释 |
|
ECD |
具有方向变化的极相干阵风 |
这种确定性风模型由未剪切的阵风叠加在均匀面上构成垂直幂律切变指数为0.14的风廓线。阵风上升到每秒15米超过10秒。同时发生的风向变化是相反的与给定的中心高度风速成比例。既有积极的方向，也有消极的方向变化被认为是。 |
|
EOG |
极端操作阵风 |
这种确定性风模型由未剪切的阵风叠加在均匀面上构成垂直幂律切变指数为0.14的风廓线。经过10.5秒的瞬态，阵风先下降，上升到最大，然后再下降，然后消失。它的震级取决于风力涡轮机等级(本项目中为IB级)，并随等级的增加而增加给定中心高度的风速。 |
|
ESS |
极端海况 |
这种不规则的海洋状态类似于NSS，但使用的是JONSWAP频谱从1年和50年的回报值得出显著的波高和峰值光谱。与NSS类似，sea状态也被建模为正弦 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料 资料编号：[235964]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word |
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