风力发电机组载荷计算

风力发电机叶片等效载荷计算及载荷谱分析米良;聂国林;程珩【摘要】风力发电机叶片部位通常受到随机变幅载荷的作用,所受随机载荷的随机性和无序性给载荷数据的处理带来了很大的困难.当前的数据处理方法通常是将随机变幅载荷转化为等效恒幅载荷进行分析,但由于其未能考虑低于疲劳极限的载荷对疲劳损伤所产生的影响故而会产生较大误差.针对上述问题,提出一种基于模糊理论的等效载荷计算方法,引入恰当的隶属函数,充分考虑低于疲劳极限的载荷对疲劳损伤所造成的影响,更加符合实际情况,以期提高等效载荷的计算精度.%The blade of wind turbine is usually subjected to random variable amplitudeload,which makes it difficult to process the load data.The current data processing method usually transforms the random load into equivalent constant amplitude load to reduce the data processingcapacity.However,the current method of equivalent load calculation fails to take into account the influence on the fatigue life made by the stress amplhude below the convention fatigue limit.So there is a large error in the equivalent load calculation by the current method.In view of the problems above,It properly considers the effects on fatigue life caused by load stress amplitude below the fatigue limit and presents a method of equivalent toad calculation by introducing the appropriate membership function based on fuzzy theory,which is more close to the actual situation.Thus improves the accuracy of the equivalent load calculation.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】3页(P141-143)【关键词】模糊理论;等效载荷;隶属函数;程序载荷谱【作者】米良;聂国林;程珩【作者单位】太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原030024;太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原030024;太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TH16;TK83风力发电机叶片是风电机系统中的重要工作部件，承载了主要的风力载荷，最容易发生疲劳破坏。

目录1前言错误!未定义书签。

2风轮气动载荷............................................... 错误!未定义书签。

2.1动量理论.................................................................................................. 错误!未定义书签。

2.1.1不考虑风轮后尾流旋转 .................................................................. 错误!未定义书签。

2.1.2考虑风轮后尾流旋转...................................................................... 错误!未定义书签。

2.2叶素理论.................................................................................................. 错误!未定义书签。

2.3动量──叶素理论.................................................................................. 错误!未定义书签。

2.4叶片梢部损失和根部损失修正 .............................................................. 错误!未定义书签。

2.5塔影效果.................................................................................................. 错误!未定义书签。

2.6偏斜气流修正.......................................................................................... 错误!未定义书签。

风力发电机功率计算公式风力发电机的功率计算公式可不是个简单的玩意儿，这玩意儿对于理解风力发电的效率和能力那可是相当重要。

咱先来说说这个公式到底是啥。

一般来说，风力发电机的功率 P 可以用下面这个公式来计算：P = 0.5 × ρ × A × V³ × Cp 。

这里面的ρ 是空气密度，A 是风轮扫掠面积，V 是风速，Cp 则是风能利用系数。

那这些个东西到底是啥意思呢？咱一个一个来瞅瞅。

空气密度ρ 呢，这就好比一群人挤在一个房间里，人越多就越挤，空气密度越大，风的“力量”也就相对越大。

空气密度会受到温度、压力和湿度这些因素的影响。

比如说在大夏天特别闷热的时候，空气好像都变得“沉甸甸”的，这时候空气密度就可能会有点变化。

风轮扫掠面积 A 呢，想象一下一个大圆盘在风中转啊转，这个圆盘的大小就决定了它能“接住”多少风。

圆盘越大，能抓到的风就越多，产生的功率也就可能越大。

风速 V 就好理解多啦，风刮得越快，带来的能量自然就越大。

就像你骑自行车，顺风的时候风越大，你蹬起来就越省力，速度也能更快。

最后这个风能利用系数 Cp 有点复杂，它反映了风力发电机把风能转化为电能的效率。

这可不是个固定不变的数，它受到风机的设计、叶片的形状和转速等好多因素的影响。

我记得有一次去一个风力发电场参观，那一个个巨大的风力发电机矗立在广阔的原野上，呼呼地转着，特别壮观。

当时我就特别好奇，这些大家伙到底能发多少电呢？工作人员就给我讲了这个功率计算公式，还带着我实地看了一些数据。

比如说，他们测到当时的风速是每秒 10 米，空气密度因为当地的气候条件大概是 1.2 千克每立方米，风机的风轮直径是 80 米。

然后通过计算，就能大概知道这台风机在当时的情况下能产生多少功率的电了。

不过，要准确计算风力发电机的功率可没那么简单。

实际情况中，还有好多因素会影响到最终的发电效果。

比如说风向的变化、风机的维护情况，甚至周围的地形和建筑物都会对风产生干扰。

风电机组载荷计算指标
风电机组载荷计算指标可以包括以下几个方面：
1. 功率载荷指标：包括平均功率载荷、峰值功率载荷、功率波动指标等。

平均功率载荷指标可以衡量风电机组在一段时间内的平均负荷水平，峰值功率载荷可以衡量风电机组在最大负荷条件下的承载能力，功率波动指标可以衡量风电机组在工作过程中的功率变化情况。

2. 轮毂载荷指标：包括轮毂挥舞角、轮毂转矩、轮毂测力计等。

轮毂挥舞角可以描述风电机组叶片在运行过程中的振动情况，轮毂转矩可以衡量叶片受到的转矩作用，轮毂测力计可以测量风电机组轮毂的受力情况。

3. 塔筒载荷指标：包括塔筒振动、塔筒转矩、塔筒测力计等。

塔筒振动可以描述风电机组塔筒在运行过程中的振动情况，塔筒转矩可以衡量塔筒受到的转矩作用，塔筒测力计可以测量风电机组塔筒的受力情况。

4. 叶片载荷指标：包括叶片振动、叶片转矩、叶片测力计等。

叶片振动可以描述风电机组叶片在运行过程中的振动情况，叶片转矩可以衡量叶片受到的转矩作用，叶片测力计可以测量风电机组叶片的受力情况。

这些指标可以通过传感器和监测装置进行监测和测量，以提前发现风电机组载荷异常和故障，并采取相应的维修和保养措施，确保风电机组的安全和可靠运行。

风电载荷计算
风电载荷计算是指对风力发电机组在不同工作状态下所受到的风载荷进行分析和计算。

风电系统在工作过程中会受到来自风的水平和竖向载荷，这些载荷可能对组件和结构产生一定的影响。

风电载荷计算主要包括以下几个方面：
1. 风能资源评估：通过对风场进行测量和分析，确定不同位置和高度上的风速和风向分布情况，作为风电载荷计算的基础数据。

2. 风机负荷计算：根据风能资源评估结果，结合风机的设计参数和性能曲线，计算风机在不同风速下的受力情况，包括扭矩、转速、风轴力等。

3. 风塔负荷计算：风塔作为风机的支撑结构，承受着风机本体以及叶轮的重力和振动力。

风塔负荷计算应考虑到这些力的影响，以确保风塔的稳定性和安全性。

4. 叶片负荷计算：叶片是风机系统中最容易受到风载荷影响的部件，其受力情况直接影响到叶片的强度和可靠性。

叶片负荷计算需要考虑到风速、风向、叶片角度等因素，并结合叶片的结构特性进行分析。

5. 基础负荷计算：风机的基础承受着风机本体和风塔的重力，同时还要抵抗风场对风塔的推力。

基础负荷计算应该考虑到这
些力的影响，以确保基础的稳固和安全。

总之，风电载荷计算是风力发电系统设计的重要环节，通过合理的计算和分析可以评估风电系统的受力情况，为系统的设计和运行提供可靠的依据。

风载荷计算标准一、风速确定在进行风载荷计算时，首先需要确定建筑或结构物所在地的平均风速。

风速应根据气象站或气象雷达的观测数据进行确定，同时还应考虑风速的平均变化率和极端风速的影响。

根据不同建筑或结构物的特点，可以采用风洞实验方法对风速进行测量和模拟。

二、风载系数计算风载系数是风载荷与基本风压的比值，基本风压是指距地面10米高度处，统计所得的50年一遇的最大风速压力。

根据建筑或结构物的迎风面形状、尺寸和高度等特征，以及风速和风向的变化情况，可以通过风载系数计算出建筑或结构物所受到的风载荷。

三、风载压力分布根据风载系数计算出的风载荷，需要按照一定的方式分布到建筑或结构物的各个面上。

一般情况下，风载压力沿建筑物高度方向分布呈梯形，根据风载压力分布函数和建筑或结构物的形状、尺寸等参数，可以计算出各个面上的风载压力。

四、结构抗风设计在进行建筑或结构物的抗风设计时，需要综合考虑建筑或结构物的刚度、强度、稳定性等因素。

在设计中应尽量避免共振效应，同时还应考虑风速变化对结构受力的影响。

根据结构形式和受力特点，可以采用不同的抗风措施，如增加支撑、改变形状、增加重量等。

五、风振分析风振是指建筑或结构物在风的作用下产生的振动现象。

在进行建筑或结构物的设计时，需要进行风振分析，以确定建筑或结构物的自振频率和阻尼比等参数。

通过对风振进行分析，可以预测出建筑或结构物在各种风速下的振动响应，从而采取相应的措施进行抗风设计。

六、疲劳强度评估由于风载具有随机性和不稳定性，长时间的作用下可能会对建筑或结构物造成疲劳损伤。

因此需要对建筑或结构物进行疲劳强度评估，以确定其抗疲劳性能。

在评估中需要考虑风载作用下的应力变化和应力集中等因素，同时还应考虑材料和结构的特性。

根据评估结果可以采用相应的措施进行加固和维护等处理。

七、风洞实验在进行建筑或结构物的抗风设计时，可以进行风洞实验以确定其气动性能和稳定性等方面的性能。

在实验中可以在不同的风速和角度下对模型进行测量和分析，同时还可以观察和分析建筑或结构物的涡旋脱落和振动响应等情况。