当前位置: 东方风力发电网>谈技术 >风电叶片 > 低温环境对叶片设计的影响

低温环境对叶片设计的影响

2015-12-22 来源:复合材料译评站 浏览数:1172

低温环境对叶片结构性能的影响主要有如下几个方面:

  低温环境对叶片结构性能的影响主要有如下几个方面:
  对结构刚度的影响:低温环境下叶片刚度变大,对弯扭耦合效应明显的柔性叶片而言,其变形相对常温下在同等载荷水平时偏小,从而使载荷水平会有所提升,发电量也随之有所提升,因此需要对低温刚度水平下的叶片载荷水平进行分析确认;对于一般叶片而言,刚度的变化,会导致叶片频率的改变,需要确认频率改变不会导致叶片与风机其他部件发生共振问题,及相关振动问题对叶片及机组载荷水平的影响;
  对疲劳寿命的影响:主要需考虑低温环境下,树脂和粘接胶的韧性会降低,断裂延伸率也会减小,从而降低了其疲劳性能,最终影响叶片的疲劳寿命。
  低温因素对叶片结构阻尼的影响:由于低温对复合材料叶片结构阻尼影响较大,特别是环境温度低于-20℃时,叶片自身的结构阻尼会下降。从而增大了振动的风险,因此需要确认结构阻尼的下降是否会影响机组与此相关的振动和载荷问题;
  低温对热膨胀系数差异较大的叶片部件装配的影响:玻纤材料和环氧体系的粘接胶热胀系数差异较小,不用考虑低温因素的影响;但玻璃钢与金属材料、碳纤材料的热胀系数差异较大,需要考虑可能引发的装配问题。
  风机的实际运行环境,不仅存在低温环境,也存在高温环境,那么高、低温环境是怎样定义的呢?高、低温环境下载荷评估、叶片设计等环节需要做什么样的特殊考虑呢?这些问题是本期译评讨论的对象。
  1 极限高低温环境的定义
  1.1高低温环境定义
  极限温度是相对常温环境来定义的。
  常温环境:风机运行环境温度在-10到40摄氏度,极限温度在-20到50摄氏度之间。
  高温环境:风机运行环境问题高于40摄氏度,极限温度高于50摄氏度;
  低温环境:风机运行环境温度低于-10摄氏度,相应极限温度低于-20摄氏度。
  如果长期观测温度(最好大于等于10年的周期)最低值低于-20摄氏度,平均每年超过9天,该处就可以定义为低温位置;9天的判定条件定义为,如果在特定的日期温度持续低于-20摄氏度的时间大于等于1个小时。在这种情况下,风机及其基础结构需要做低温环境的特殊考虑。
  相应的,如果在大约等于10年的观测期内,年平均温度高于50摄氏度的天数多于9天,该地区就可以定义为高温地区。9天的判读条件定义为,如果在特定的日期温度持续高于50摄氏度的时间大于等于1个小时。在这种情况下,风机及其基础结构需要做高温环境的特殊考虑。
  1.2度量高低温环境的参数
  年平均温度:基于小时平均数据的年平均环境温度;
  最低运行温度:风机运行最低许用环境温度(瞬时数据);
  最高运行温度:风机运行最高许用环境温度(瞬时数据);
  年最低温度:小时平均预期最低环境温度(一年发生一次);
  年最高温度:小时平均预期最高环境温度(一年发生一次);
  年平均环境温度对应的空气密度;
  最低运行温度对应的空气密度;
  年最低温度对应的空气密度;
  最低区域生存温度:在年平均最低(外部)环境温度下,在给定范围内(瞬时值)某部件的最低许用内部生存温度;
  最高区域生存温度:在年平均最低(外部)环境温度下,在给定范围内(瞬时值)某部件的最高许用内部生存温度;
  最低区域运行温度:在年平均最低运行(外部)环境温度下,运行状态下风机的某个运转的部件或装置,其最低许用内部温度;
  最高区域运行温度:在年平均最大运行(外部)环境温度下,运行状态下风机的某个运转的部件或装置,其最高许用内部温度;
  温度偏差:部件所描述区域与其周围的温度偏差;
  运行温度偏差:风机运行时,部件所描述区域与其周围的温度偏差。
  1.3特定温度下空气密度的计算
  考虑外部条件的必要性在于设计与风机将要安装的位置对应的高低温环境密切相关。在低温或高温条件下,风机设计者需要指明正常条件和极限条件的空气密度。必要时,需要专门指定整个风机或相关的风机部件,包括电气柜和传动链的许用运行温度。
  低温下的空气密度需要根据理想气体标准大气压下101325pa进行折算。
  年最低温度可以采用该值+35K来计算对应的空气密度,而最低运行温度可以采用该值+25K来计算对应的空气密度。分别增加35K和25K等效于定义标准温度条件。
  标准温度条件的标准空气密度为1.225kg/m^3,参考15摄氏度得到。对应的标准空气温度范围为-10度到40度,也就是15度±25K。标准温度的极限温度范围为-20度到50度,也就是15±35K。年平均温度保持不变,为15度。
  采用如下公式计算不同温度下的空气密度:
QQ截图20151222163005
  其中,p=101325Pa,海平面的气压;R=287 J/(kg.K),通用空气常数;温度值θ,单位采用K。不同海拔高度需要进行修正。
  2 极限温度对载荷的影响
  在极限温度下的载荷计算时,空气密度需要根据每个工况相应的温度和海拔进行修正。不仅载荷计算,功率计算也需要考虑空气密度的修正。
  材料的力学性能也需要根据气温进行调整。尤其是弹性体和传动链的阻尼特性,需要考虑温度对材料性能的影响。
  极限温度运行条件对传动链效率损失、阻尼和变桨系统响应均会有影响。如果极端风与温度条件存在联系,在适当的载荷工况需要综合考虑载荷受到的影响。
  如果热胀系数偏差过大,则较大的温度梯度会导致系统刚度的改变,例如可能会导致轴承或螺栓预紧松动。在设计时需要引入一个由于温度和热胀系数差异导致的附加载荷。
  载荷计算需要更改温度范围,主要影响载荷的因素是空气密度。
  空气密度改变对风机的影响点:
  1)改变功率曲线;2)不良风机控制行为;3)结冰导致启机和停机动作增加;4)不可预期的风机失速行为。

标签:

叶片 风机
阅读上文 >> 3S Lift 齿轮齿条式塔筒升降机
阅读下文 >> 风电机组齿轮箱健康管理探究

版权与免责声明:
凡注明稿件来源的内容均为转载稿或由企业用户注册发布,本网转载出于传递更多信息的目的,如转载稿涉及版权问题,请作者联系我们,同时对于用户评论等信息,本网并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性;


本文地址:http://www.eastwp.net/tech/show.php?itemid=30967

转载本站原创文章请注明来源:东方风力发电网

按分类浏览

点击排行

图文推荐

推荐谈技术