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中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)安全要求
1主題內(nèi)容與適用范圍
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（以下簡(jiǎn)稱風(fēng)力機(jī)組）的結(jié)構(gòu)安全性原則要求，包括安全機(jī)理、質(zhì)量保證、結(jié)構(gòu)安全可靠性設(shè)計(jì)、控制、保護(hù)與實(shí)驗(yàn)等安全方面的要求。
本標(biāo)準(zhǔn)適用于獨(dú)立運(yùn)行、風(fēng)輪掃掠面積小于40m2的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，包括機(jī)械、支撐結(jié)構(gòu)件、控制與保護(hù)裝置等。
2引用標(biāo)準(zhǔn)
GB8974——88風(fēng)力機(jī) 術(shù)語(yǔ)
GB/T13981——92風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)通用要求
3術(shù)語(yǔ)與符號(hào)
3-1術(shù)語(yǔ)
運(yùn)行極限陣風(fēng)
風(fēng)力機(jī)組正常運(yùn)行狀態(tài)下所能承受的極限陣風(fēng)。
持續(xù)極限陣風(fēng)
持續(xù)時(shí)間不小于30min的運(yùn)行極限陣風(fēng)。
本標(biāo)準(zhǔn)中所用其他術(shù)語(yǔ)應(yīng)符合GB8974——88的規(guī)定。
3-2符號(hào)
υ 來(lái)流速度；
υ1 切變風(fēng)速；
υtem 離地10m高度處，10min平均風(fēng)速；
υ 平均風(fēng)速；
υhub 輪轂中心處離地高度，10min平均風(fēng)速；
υe50 50a極限風(fēng)速；
υe1 1a極限風(fēng)速；
υcg 持續(xù)極限陣風(fēng)風(fēng)速；
υref 四周沒(méi)有對(duì)氣流產(chǎn)生干擾的建筑物或山丘等的參考地點(diǎn)，離地10m高度，10min平均風(fēng)速；
θcg 持續(xù)極限陣風(fēng)方向變化角；
P 風(fēng)速分布概率；
K 形狀因子；
C 尺度因子；
D 風(fēng)輪直徑；
Z 離地高度；
Zbub 輪轂中心處離地高度；
A 風(fēng)剪指數(shù)；
σ 標(biāo)準(zhǔn)偏差。
4安全性設(shè)計(jì)原則
4-1安全性設(shè)計(jì)原則
設(shè)計(jì)風(fēng)力機(jī)組結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮各種正常的和極限的外部條件、內(nèi)部負(fù)載、安全性、可靠性。
風(fēng)力機(jī)組結(jié)構(gòu)的安全性取決于安全標(biāo)準(zhǔn)，零部件安全系數(shù)。
4-2構(gòu)件安全等級(jí)
在保證地基安全的基礎(chǔ)上，風(fēng)力機(jī)組構(gòu)件安全等級(jí)按其構(gòu)件特性分為兩種；
a） 關(guān)鍵構(gòu)件——指如有故障，可能危及人身安全，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或主要系統(tǒng)失效、損壞、進(jìn)而影響壽命或引起社會(huì)和經(jīng)濟(jì)后果；
b） 一般構(gòu)件——指如有故障，可能導(dǎo)致產(chǎn)品達(dá)不到性能要求，如有其他特殊規(guī)定可由廠方和用戶協(xié)商確定。
按失效結(jié)果，部件又可分為；
a） 失效安全結(jié)構(gòu)部件——失效后仍不導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)組的某一主要部件發(fā)生故障；
b） 非失效安全結(jié)構(gòu)部件——失效后立即會(huì)引起風(fēng)力機(jī)組的某一主要部件發(fā)生故障。
4-3質(zhì)量保證
質(zhì)量保證和質(zhì)量檢查應(yīng)貫穿于小型風(fēng)力機(jī)組結(jié)構(gòu)及其零部件的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、運(yùn)輸、安裝和使用維護(hù)全過(guò)程中，并應(yīng)按設(shè)計(jì)單位或行業(yè)的《質(zhì)量管理手冊(cè)》的規(guī)定執(zhí)行。
5外部條件
5-1總則
風(fēng)力機(jī)組的結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計(jì)應(yīng)考慮外部條件。外部條件包括擬定的安裝地點(diǎn)、地基類型、風(fēng)況和其他氣候條件，外部條件分為正常和極限外部條件。
5-2正常外部條件
正常外部條件指風(fēng)輪在正常運(yùn)行時(shí)所經(jīng)受的長(zhǎng)期載荷和經(jīng)常存在的運(yùn)行條件。
5-2-1正常風(fēng)況
5-2-1-1風(fēng)速分布
地基以上的風(fēng)分布表明了載荷情況的發(fā)生頻率，并用來(lái)預(yù)測(cè)風(fēng)力機(jī)組的輸出功率。正常風(fēng)速規(guī)律可以按測(cè)量數(shù)據(jù)給出，亦可參照韋布爾（Wei bull）分布規(guī)律計(jì)算，見(jiàn)附錄A。
5-2-1-2穩(wěn)態(tài)風(fēng)速函數(shù)
穩(wěn)態(tài)風(fēng)速函數(shù)υ（Z）指以離地高度Z為變量的平均風(fēng)速函數(shù)，穩(wěn)態(tài)風(fēng)速可按式（1）的指數(shù)規(guī)律估算；
υ（Z）=υten(Z/10)6………………………………………………（1）
式中；υten——離地10m高度處，10min 平均風(fēng)速，m/s；
a——風(fēng)剪指數(shù)，無(wú)量綱，一般不小于0.2；
Z——離地高度，m。
平均風(fēng)向可假設(shè)為水平的，并且不隨高度變化。
5-2-1-3紊流
設(shè)計(jì)風(fēng)力機(jī)組結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)考慮紊流對(duì)其安全性的影響。
5-2-2其他正常外部條件
其他應(yīng)考慮的正常外部條件包括；
a） 系統(tǒng)正常運(yùn)行環(huán)境溫度；-20℃~+40℃；
b） 相對(duì)溫度；95%；
c） 大氣污染情況；
d） 太陽(yáng)輻射情況；
e） 標(biāo)準(zhǔn)（海平面）大氣參數(shù)；
壓力；101.325kPa；
溫度；15℃；
密度；1.225kg/m3。
當(dāng)設(shè)計(jì)指定外部條件時(shí)，應(yīng)符合有關(guān)國(guó)標(biāo)的要求，并在設(shè)計(jì)文件中說(shuō)明。
5-3極限外部條件
極限外部條件是指較少出現(xiàn)但更惡劣的外部條件。
5-3-1極限風(fēng)況
極限風(fēng)況是風(fēng)力機(jī)組結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計(jì)中確定極限氣動(dòng)載荷的依據(jù)。在風(fēng)力機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮極限風(fēng)速、極限風(fēng)向變化角速度、運(yùn)行極限陣風(fēng)、持續(xù)極限陣風(fēng)、持續(xù)極限陣風(fēng)方向變化角和極限切變風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)安全性的影響。
5-3-1-1極限風(fēng)速
50a極限風(fēng)速和1a極限風(fēng)速應(yīng)根據(jù)極限參考風(fēng)速確定，υn50和υe1可分別按式（2）、式（3）確定：
式中：υref——參考風(fēng)速，m/s；
Z——離地高度，m。
5-3-1-2持續(xù)極限陣風(fēng)
假設(shè)持續(xù)極限陣風(fēng)風(fēng)速成為15m/s，陣風(fēng)的起動(dòng)時(shí)間10s，離地高度Z（m）處，t時(shí)風(fēng)速υ（Z，t）可接式（4）計(jì)算；
式中；Z——離地高度，m；
υ（Z）——離地高度Z（m）處10min平均風(fēng)速,m/s；
T——起動(dòng)時(shí)間，T=10s。