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臺風(fēng)對風(fēng)力發(fā)電機組的危害及對策

作者:李添賓 梁志強 莫銀鋒  
評論: 更新日期:2011年06月17日


  
  3.2風(fēng)對設(shè)備結(jié)構(gòu)的動載荷動力效應(yīng)
  
  臺風(fēng)除了施加靜載荷外,還施加動載荷,動載荷主要由湍流引起。湍流是指風(fēng)速、風(fēng)向及其垂直分量的迅速擾動,或不規(guī)律性。湍流在很大程度上取決于環(huán)境的粗糙度、地層穩(wěn)定性和障礙物。在臺風(fēng)的特性與風(fēng)場內(nèi)復(fù)雜的丘陵地表共同作用下形成湍流團(tuán),由于受動量守恒和能量守恒的制約,在湍流區(qū)域有較大的氣流混合與能量轉(zhuǎn)換活動,給區(qū)域內(nèi)的設(shè)備造成破壞。結(jié)構(gòu)受風(fēng)也會引起與風(fēng)向垂直的振動。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到某一數(shù)值時,結(jié)構(gòu)的背風(fēng)面即產(chǎn)生方向相反的兩組湍流順風(fēng)而下,這兩組湍流交替產(chǎn)生(見圖二),
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 在產(chǎn)生湍流的一側(cè),因風(fēng)速局部提高而壓力降低,故對結(jié)構(gòu)體有一吸引力,其主要分力與風(fēng)向垂直;當(dāng)另一側(cè)產(chǎn)生湍流時,其吸力方向幾乎相反。因此,對設(shè)備結(jié)構(gòu)形成周期性激蕩,如湍流產(chǎn)生的周期恰好與風(fēng)力發(fā)電機組固有振動周期相近時,設(shè)備結(jié)構(gòu)就產(chǎn)生橫向的共振,最終導(dǎo)致破壞設(shè)備。有的橫向振動與某些結(jié)構(gòu)形狀有關(guān),矩形斷面結(jié)構(gòu)在受風(fēng)壓情形下,如偶爾向橫向某一側(cè)運動,其所受風(fēng)壓會增大向該一側(cè)的運動,另一側(cè)向亦然。沿風(fēng)向的振動通常不是持續(xù)周期性的,但是橫風(fēng)向的振動一旦發(fā)生,特別是柔性的結(jié)構(gòu)及某些斷面形狀下一旦有橫向的振動就會越振越烈,并接近葉片和塔架的固有頻率形成共振,不斷給設(shè)備施加疲勞載荷,使材料由外及內(nèi)損傷或失效,最后達(dá)到或超過葉片和塔架的設(shè)計載荷極限,輕則引起部件機械磨損,縮短風(fēng)力發(fā)電機組的壽命,嚴(yán)重的使葉片損壞及塔架傾倒??傊_風(fēng)對風(fēng)力發(fā)電機組的破壞往往是多種因素共同作用的結(jié)果,臺風(fēng)的破壞機理還需要進(jìn)一步觀察研究,風(fēng)力發(fā)電機組防臺風(fēng)工作任重道遠(yuǎn),需要各學(xué)科的交叉研究配合才能做到更好。
  
  4臺風(fēng)對風(fēng)力發(fā)電機組的破壞
  
  4.1臺風(fēng)夾帶的細(xì)小沙礫造成破壞
  
  葉片表面,輕則影響葉片氣動性能,產(chǎn)生噪音,嚴(yán)重的將因此破壞葉片表面強韌性由此降低葉片整體強度;
  
  4.2臺風(fēng)帶來的狂風(fēng)暴雨對輸電線路的破壞非常嚴(yán)重,輕則使其出現(xiàn)小故障,重則損壞設(shè)備以及導(dǎo)致整個系統(tǒng)崩潰。因不能正常供電使風(fēng)力發(fā)電機組不能執(zhí)行安全保護(hù)程序,給設(shè)備帶來危害;
  
  4.3目前多數(shù)風(fēng)力發(fā)電機組仍是采用構(gòu)造簡單、價格低廉、測量精度差的杯式風(fēng)速儀和后尾舵式風(fēng)向儀測量風(fēng)速風(fēng)向,并根據(jù)它的模擬信號調(diào)整風(fēng)機葉片功角和調(diào)整對風(fēng)情況。臺風(fēng)所蘊含的巨大能量往往把測風(fēng)裝置破壞(如圖三),使風(fēng)力發(fā)電機組不能正確偏航避風(fēng),給風(fēng)力發(fā)電機組帶來很大危害;
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  4.4臺風(fēng)施加在設(shè)備上的靜力效應(yīng)和動力效應(yīng)共同作用下不斷施加疲勞載荷,最后達(dá)到或者超過葉片和塔架的設(shè)計載荷極限,輕則引起部件機械磨損,縮短風(fēng)力發(fā)電機組的壽命,嚴(yán)重的使葉片損壞及塔架傾覆(如圖四)。例如,較早前印度和日本曾有大批風(fēng)力發(fā)電機組在臺風(fēng)襲擊下連根傾翻,給風(fēng)電場造成嚴(yán)重?fù)p失。
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