第四章 风力机载荷计算

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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。

风力发电机组气动特性分析与载荷计算目录1 前言 (2)2 风轮气动载荷 (2)2.1 动量理论 (2)2.1.1 不考虑风轮后尾流旋转 (2)2.1.2 考虑风轮后尾流旋转 (3)2.2 叶素理论 (4)2.3 动量叶素理论 (4)2.4 叶片梢部损失和根部损失修正 (6)2.5 塔影效果 (6)2.6 偏斜气流修正 (6)2.7 风剪切 (6)3 风轮气动载荷分析73.1 周期性气动负载............................................... 错误！未定义书签。

4.1 载荷情况DLC1.3 (10)4.2 载荷情况DLC1.5 (10)4.3 载荷情况DLC1.6 (10)4.4 载荷情况DLC1.7 (11)4.5 载荷情况DLC1.8 (11)4.6 载荷情况DLC6.1 (11)1前言风力发电机是靠风轮吸取风能的，将气流动能转为机械能，再转化为电能输送电网，风力机气动力学计算是风力机设计中的一项重要工作。

特别是对于大、中型风机，其意义更为重大。

风力机处于自然大气环境中，大气紊流、风剪切、风向的变化(侧偏风)和塔影效应等，这些现象使叶片受到非常复杂气动载荷的作用，对风力机的气动性能和结构疲劳寿命产生很大的影响。

对一台大型风力发电机组来说，除风轮叶片产生机组的气动载荷外，机舱和支撑风轮和机舱的塔筒也产生气动载荷，这些都对机组的载荷产生影响。

2风轮气动载荷目前计算风力发电机的气动载荷有动量一叶素理论、CFD等方法。

动量一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，算得旋翼的拉力和功率。

动量一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。

风荷载推算风载荷应指垂直于气流方向的平面所受到的风的压力，在标准状态下(气压为1013 hPa, 温度为15°C), 空气重度r=0.01225 [kN/m ³]。

重力加速度g=9.8[m/s²]时，有公式：wp=v²/1600[kN/m²]将所处环境的最大风速v（m/s）代入公式，可得到标准状态下垂直于风向的每平方米面积所受到的风的压力wp，计算迎风面积，从而推算所受风载荷。

风速与等级划分关系如下：等级及名称风速（米/秒）0 无风小于1 0-----0.21 软风0.3---1.52 轻风1.6---3.33 微风3.4---5.44 和风5.5---7.95 清劲风8.0---10.76 强风10.8---13.87 疾风13.9---17.18 大风17.2---20.79 烈风20.8---24.410 狂风24.5---28.411 暴风28.5---32.612 飓风大于32.617级飓风80 （2009-10-18北太平洋东部海岸的飓风“里克”中心）参考“天气在线”网站飓风的中心是没有风的，它是一个低气压带。

飓风等级一级.最高持续风速 33–42 m/s 74–95 mph 64–82 kt 119–153 km/h 风暴潮 4–5 ft 1.2–1.5 m 中心最低气压 28.94 inHg 980 mbar 潜在伤害对建筑物没有实际伤害，但对未固定的房车、灌木和树会造成伤害。

一些海岸会遭到洪水，小码头会受损。

典型飓风飓风艾格尼丝–飓风丹尼–飓风加斯顿–飓风奥菲莉娅二级.最高持续风速 43–49 m/s 96–110 mph 83–95 kt 154–177 km/h 风暴潮 6–8 ft 1.8–2.4 m 中心最低气压 28.50–28.91 inH g 965–979 mbar 潜在伤害部分房顶材质、门和窗受损，植被可能受损。

simwindfarm 载荷计算摘要：1.引言2.风力发电原理与载荷计算重要性3.载荷计算方法4.影响载荷计算的因素5.载荷计算在风力发电中的应用实例6.结论正文：【引言】在我国新能源领域，风力发电日益受到重视。

作为一种清洁、可再生的能源，风力发电具有广泛的应用前景。

在风力发电项目中，载荷计算是关键环节，直接影响到风力发电机的稳定性和安全性。

本文将介绍风力发电的基本原理、载荷计算的重要性、方法及应用实例，以期为风力发电行业提供参考。

【风力发电原理与载荷计算重要性】风力发电的基本原理是利用风力驱动风力发电机旋转，通过增速器将旋转速度提高，进而带动发电机发电。

在风力发电过程中，载荷计算至关重要，因为它直接关系到风力发电机的运行稳定性和使用寿命。

合理的载荷计算可以确保风力发电机在各种工况下都能正常运行，降低故障率，提高发电效率。

【载荷计算方法】载荷计算主要包括以下几个方面：1.风载荷：根据风力发电机的类型、安装高度和地理位置，计算风载荷对风力发电机的影响。

2.叶轮载荷：根据叶轮尺寸、材料和风速，计算叶轮所承受的载荷。

3.塔架载荷：分析塔架结构、材料和高度，计算塔架在不同工况下的载荷。

4.电气设备载荷：根据电气设备的类型、容量和安装方式，计算其承受的载荷。

【影响载荷计算的因素】1.风力发电机的类型和尺寸：不同类型和尺寸的风力发电机承受的载荷差异较大。

2.风速和风向：风速和风向对风力发电机的载荷有直接影响。

3.安装环境：地形、地貌、距离海岸线等因素会影响风力发电机的载荷。

4.材料和工艺：风力发电机零部件的材料和加工工艺对其载荷承受能力有重要影响。

【载荷计算在风力发电中的应用实例】1.某风电项目在设计阶段，通过精确的载荷计算，为风力发电机选用了合适的叶片材料，降低了运行成本。

2.某海上风电项目在施工前，对海上风力发电机进行了详细的载荷计算，确保了风力发电机在复杂环境下的稳定运行。

【结论】载荷计算在风力发电项目中具有重要作用。

关于风载荷的计算在我们的日常生活和工程实践中，风是一种常见且不可忽视的自然力量。

从高耸的建筑物到大型的桥梁，从海上的石油平台到空中的飞行器，风载荷的影响无处不在。

理解和准确计算风载荷对于确保结构的安全性、稳定性以及正常运行至关重要。

风载荷，简单来说，就是风对物体表面产生的压力或推力。

它的大小和方向受到多种因素的影响，比如风速、风向、物体的形状和尺寸、周围环境的地形地貌等。

计算风载荷的第一步是确定风速。

风速通常是通过气象观测站或者专门的测量设备获取的。

但要注意的是，我们所得到的风速往往是在标准高度（比如 10 米）处测量的，而对于不同高度的物体，需要根据风速随高度的变化规律进行修正。

风向也是一个关键因素。

风的方向会决定风对物体的作用角度，从而影响风载荷的分布和大小。

比如，对于一个垂直的圆柱体，当风平行于圆柱体轴线吹过时，产生的风载荷相对较小；而当风垂直于圆柱体轴线吹过时，产生的风载荷则会大很多。

物体的形状和尺寸对风载荷的计算有着直接的影响。

形状复杂的物体，其风载荷的计算会更加复杂。

以建筑物为例，方形的建筑物和圆形的建筑物所受到的风载荷是不同的。

而且建筑物的高度、宽度、长度等尺寸也会改变风载荷的大小。

在计算风载荷时，还需要考虑周围环境的地形地貌。

如果物体位于山区、峡谷或者城市建筑群中，周围的地形和建筑物会改变风的流动特性，从而影响风载荷。

例如，在城市中，由于建筑物的阻挡和干扰，风会形成湍流，增加风载荷的不确定性。

接下来，我们来看看具体的计算方法。

目前，常用的计算风载荷的方法主要有两种：基于规范的计算方法和基于风洞试验的计算方法。

基于规范的计算方法是根据相关的工程设计规范和标准来进行计算。

这些规范通常给出了一系列的计算公式和参数，工程师可以根据物体的特征和所处的环境条件，代入相应的数值进行计算。

这种方法简单实用，但对于一些特殊形状或复杂环境中的物体，其计算结果可能不够准确。

基于风洞试验的计算方法则是通过在风洞中对实际物体的模型进行测试来获取风载荷数据。

风机常用计算公式风机是一种用于压缩和输送气体的机械，从能量观点来看，它是把原动机的机械能量转变为气体能量的一种机械。

风机分类及用途：按作用原理分类透平式风机--通过旋转叶片压缩输送气体的风机。

容积式风机—用改变气体容积的方法压缩及输送气体机械。

按气流运动方向分类离心式风机—气流轴向驶入风机叶轮后，在离心力作用下被压缩，主要沿径向流动。

轴流式风机—气流轴向驶入旋转叶片通道，由于叶片与气体相互作用，气体被压缩后近似在园柱型表面上沿轴线方向流动。

混流式风机—气体与主轴成某一角度的方向进入旋转叶道，近似沿锥面流动。

横流式风机—气体横贯旋转叶道，而受到叶片作用升高压力。

按生产压力的高低分类(以绝对压力计算)通风机—排气压力低于112700Pa；鼓风机—排气压力在112700Pa~343000Pa之间；压缩机—排气压力高于343000Pa以上；通风机高低压相应分类如下(在标准状态下)低压离心通风机：全压P≤1000Pa中压离心通风机：全压P=1000~5000Pa高压离心通风机：全压P=5000~30000Pa低压轴流通风机：全压P≤500Pa高压轴流通风机：全压P=500~5000Pa一般通风机全称表示方法型式和品种组成表示方法压力:离心通风机的压力指升压（相对于大气的压力）,即气体在风机内压力的升高值或者该风机进出口处气体压力之差。

它有静压、动压、全压之分。

性能参数指全压（等于风机出口与进口总压之差）,其单位常用Pa、KPa、mH2O、mmH2O等。

流量:单位时间内流过风机的气体容积,又称风量。

常用Q来表示,常用单位是;m3/s、m3/min、m3/h（秒、分、小时）。

(有时候也用到“质量流量”即单位时间内流过风机的气体质量,这个时候需要考虑风机进口的气体密度,与气体成份,当地大气压,气体温度,进口压力有密切影响,需经换算才能得到习惯的“气体流量”。

转速：风机转子旋转速度。

常以n来表示、其单位用r/min(r表示转速，min表示分钟)。