上一篇文章介绍了IEC61400标准关于载荷工况,现在对陆上、海上固定式和漂浮式风机怎么计算风机载荷有了一定的了解。
虽然,最后也翻译了缩略语和符号,但可能还是不太清楚这些名词的详细含义。
这篇文章就挑出一些主要的风浪流环境条件和专业名词进行解释。
The normal wind profile model (NWP) 正常风廓线模型
风廓线V(z)表示的是平均风速随离地高度Z变化的函数。
对于风机设计的标准级,正常风廓线应按指数定律得出:
平均风速随离地高度的变化曲线同一高度风速不随时间变化标准风剪切指数α=0.2。
Normal turbulence model(NTM)正常湍流模型
正常湍流模型,湍流标准偏差代表值σ1应为轮毂高度处风速的90%。
对于标准风力发电机等级,这个值由下面的式子给出:
湍流标准偏差的值σ1与湍流强度σ1/Vhub。
Extreme wind speed model (EWM) 极端风速模型
EWM为稳定风或湍流风模型。此风模型基于参考风速与固定的湍流标准偏差Vref。
如果风力涡轮机类型设计为T级参考风速,则在极限风速模型中,Vref应替换为Vref,T,同时保留其他参数。
湍流极端风模型的湍流标准偏差和正常湍流模型(NTM)或极端湍流模型(ETM)不相关。
稳定的极端风模型和湍流极端风模型通过近似为3.5的峰值系数相关联。
Extreme operating gust (EOG) 极端工作阵风
标准级风机轮毂高阵风值Vgust由下面的关系式给出:
阵风幅度与运行事件发生的概率(如启动和停机,50年一遇)一起被标定。
Extreme turbulence model (ETM) 极端湍流模型
正常风轮廓线模型和湍流纵向标准偏差相关的极端湍流模型的表达式为
需要通常大量的正常湍流风模型计算(DLC1.1——NTM)得到的载荷外推至50年一遇进行检验C值(DLC1.3——ETM)
Extreme direction change (EDC) 极端风向变化
极端风向变化值θe,用下面公式进行计算:
σ1由NTM中式子给出;
θe限定在正负180°范围内;
湍流尺度参数;
D风轮直径;
极端风向瞬时变化θt,由下式给出:
此处,极端风向变化过程持续时间T=6s。应选择使瞬时载荷最大的信号。
风向瞬时变化结束后,假定风向保持不变,风速应遵从正常风廓线模型(NWP)。
如湍流特性ⅠA级,风轮直径42m,轮毂高30m时的极端风向值随Vhub的变化见图,vhub=25m/s,所对应的风向变化过程见图。
extreme coherent gust with direction change(ECD)方向变化的极端相干阵风
方向变化的极端相干阵风的值为Vcg = 15 m/s
此处上升时间,风速vz在正常风轮廓线模型中给出。
vhub=25m/s时,极端相关阵风中风速上升情况。
Extreme wind shear (EWS) 极端风切变
极端风切变应用下列两种瞬时风速公式来计算:
瞬时(向上或向下)垂直切变
瞬时水平切变
σ1由NTM中式子给出;
湍流尺度参数;
D风轮直径;
选择可发生最大瞬时载荷出现的瞬时水平风切变情况。这两种极端风切变不能同时应用。
Normal sea state (NSS) 正常海况
对于每个正常海况,应在适用于预期场址的海洋气象参数的长期联合概率分布的基础上选择有义波高、谱峰周期和方向以及相关的平均风速。
计算疲劳载荷时,设计者应确保所考虑的正常海况的数量和分辨率能充分说明与海洋气象参数的长期完整分布有关的疲劳损伤。
对于极限载荷的计算,正常海况应由给定平均风速下的有义波高和谱峰周期
的期望值来表征。
设计者应考虑适合每个有义波高的谱峰周期的范围。
设计计算应采用导致海上风力发电机组受最大载荷作用的谱峰周期值。
Severe sea state (SSS) 恶劣海况
对于海上风力发电机组发电期间的极限载荷计算,应考虑恶劣海况模型与正常风况的组合。
恶劣海况模型将恶劣海况与相应发电范围内的各个平均风速结合。
各个恶劣海况的有义波高通常由合适特定场址的海洋气象数据外推确定,有义波高和平均风速的组合的重现期为50年。
恶劣海况应包括单个极大 波高,这种极大 波高联合波周期和平均风速的重现期为50年。
设计者应考虑适用于各极大 波高的波周期范围。在缺乏更加精细成熟的概率评估时,设计计算应假定在此波浪周期范围内,海上风力发电机组承受最大载荷作用。
对于所有平均风速,可采用50年重现期的无条件极大有义波高作为
的保守值。
同样,采用极大单个波高作为恶劣海况的单个极大 波高也是保守的。
在缺乏风和浪的长期联合概率分布信息时,可采用该方法。
Extreme sea state (ESS) 极端海况
极端海况应考虑1年和50年重现期的全局综合环境条件。
设计者可能需要研究若干极端海况与诸如不同水位的组合情况来确定用于设计的适当极端海况。
极大有义波高(或
)和极大单个波高(
或
)应包含在海况中。
设计者应考虑适合于各极大 波高的波周期范围。
设计者应基于某一波周期范围内进行计算,在这波浪周期范围内,海上风力发电机组承受最大载荷作用。
极端海况应通过对适当的海上风力发电机组场址的海洋气象数据(即测量值和/或追算数据)的分析来确定。
缺少极端风况与极端波浪的长期联合概率分布资料时,应假定50年重现期的10min极端平均风速发生在50年重现期的3h极端海况下。
同样的假定可应用在1年重现期的10min极端风速和3h极端海况的组合。
在模拟极端海况时,应假定单个极端波高是随机发生的。
Normal current model (NCM) 正常流模型
正常流模型被定义为适当的特定场址的风生流和潮流的组合。
正常流模型不包括风暴生成的次表层流。正常潮流应考虑平均潮流速度。
涉及正常海况和恶劣海况(NSS、SSS)的极限载荷工况,应采用正常流模型。
对于每种载荷工况,风生流流速可根据相应的平均风速来估算。
extreme current model (ECM )极端流模型
涉及极端海况(ESS)的极限载荷工况应考虑极端海流模型。
海流与极端海况ESS联合,形成1年和50年重现期的全局综合环境条件,分别表示为U_1和U_50。
载荷计算应基于导致海上风力发电机组受最大载荷作用的海流工况。
应通过分析适当的海上风力发电机组特定场址的海洋气象数据(即测量值和/或追算数据)确定这些极端值。
在缺乏极端工况的长期联合概率分布资料的情况下,可保守使用重现期为U1年和U50年的海流,并假定海流的方向和波浪的方向一致。
Normal water level range (NWLR) 正常水位范围
正常水位范围应假定为最高天文潮位(HAT)和最低天文潮位(LAT)的长期差值。
若基于海况和风速联合概率分布的正常海况模型(NSS)用于疲劳和极限载荷工况时,应采用正常水位范围(NWLR)。
对于与下列条件相关的极限载荷工况,也应假定正常水位范围(NWLR):
——恶劣海况(SSS);
——重现期为1年的波况。
极限载荷计算应基于正常水位范围(NWLR)内产生最大载荷的水位,或对正常水位范围(NWLR)内水位概率分布的合理考虑。
对于和恶劣海况(SSS)相关的极限载荷工况,正常水位范围(NWLR)内的水位可能使波高受到深度限制。为避免波高受到深度限制,应假定一个极端水位范围(EWLR)内的更高水位。
对于水动力疲劳载荷计算,在某些工况下,设计者可通过适当的分析来证明水位变化对疲劳载荷的影响可忽略,或者保守地假定一个大于或等于平均海平面的恒定水位。
Extreme water level range (EWLR) 极端水位范围
对于与50年重现期的波况相关的极限载荷工况,应采用极端水位范围。
与ESS组合将实现重现期为50年的全局综合环境条件。
设计者可能需要研究若干ESS和不同水位组合的工况。
载荷计算应基于对海上风力发电机组产生最大载荷的水位。
对于水动力载荷、冰载荷和支撑结构浮力的计算,应分别确定相应的设计水位。
以上是按照IEC标准里的内容做的简单解释,环境条件的详细的介绍会单独写一篇文章,敬请期待。