風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)導(dǎo)則

前言

　　近幾年，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電事業(yè)發(fā)展十分迅速，裝機(jī)容量連續(xù)幾年翻番，2009年我國(guó)風(fēng)電總裝機(jī)容量達(dá)到了2500萬(wàn)kw，超越德國(guó)，排名世界第二。巨大的市場(chǎng)需求催生了一大批風(fēng)電機(jī)組整機(jī)設(shè)備及主要零部件生產(chǎn)商，目前我國(guó)風(fēng)力機(jī)整機(jī)及零部件生產(chǎn)廠家已達(dá)七八十家，部分風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)廠家已躋身世界十大設(shè)備供應(yīng)商之列。但是，毋庸諱言，國(guó)產(chǎn)的兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組幾乎無(wú)一例外都是通過(guò)許可證轉(zhuǎn)讓、委托設(shè)計(jì)或購(gòu)買設(shè)計(jì)圖樣的方式進(jìn)行生產(chǎn)的，真正掌握核心技術(shù)的國(guó)內(nèi)廠家可謂鳳毛麟角。這種情況不發(fā)生根本性的改變，我國(guó)風(fēng)電發(fā)展的潛在隱患難以消除，難以真正做強(qiáng)做大。從這個(gè)意義上講，我國(guó)風(fēng)電設(shè)備制造商、風(fēng)電開(kāi)發(fā)商、設(shè)計(jì)單位、科研機(jī)構(gòu)院校都有必要回過(guò)頭來(lái)，踏踏實(shí)實(shí)、認(rèn)認(rèn)真真學(xué)習(xí)鉆研，以使我國(guó)的風(fēng)電技術(shù)水平上一個(gè)臺(tái)階，發(fā)生一個(gè)質(zhì)的飛躍。出于這個(gè)目的，作為多年從事風(fēng)電工作的專業(yè)人員，譯者在各自繁忙的工作之余，開(kāi)始了本書的翻譯工作。　　現(xiàn)代科學(xué)意義上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用是在20世紀(jì)70～80年代，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的大規(guī)模科學(xué)研究也始于這個(gè)時(shí)候，發(fā)展歷史并不是很長(zhǎng)。雖然其中不乏經(jīng)典性的成果、論文、專著，但總體上技術(shù)文獻(xiàn)資料還是十分有限，多數(shù)屬于科研論文、高校專業(yè)教科書類專著，直接針對(duì)工程實(shí)際應(yīng)用、能夠指導(dǎo)工程師相關(guān)設(shè)計(jì)工作的手冊(cè)類著作較少，據(jù)譯者所知，目前由丹麥Riso國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和挪威船級(jí)社合著的這本《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)導(dǎo)則》還是惟一的一本。眾所周知，丹麥Ris0國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和挪威船級(jí)社是國(guó)際風(fēng)電行業(yè)最為權(quán)威的科研技術(shù)服務(wù)機(jī)構(gòu)，由他們組織編撰的這本《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)導(dǎo)則》可以說(shuō)是權(quán)威之作。從原書的前言可以看到，本書的編寫目的是總結(jié)過(guò)去的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)、制造知識(shí)，以期對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)和應(yīng)用中經(jīng)常遇到的設(shè)計(jì)問(wèn)題提供建議和指導(dǎo)。

內(nèi)容概要

本書總結(jié)了風(fēng)電相關(guān)研究項(xiàng)目的成果、實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和生產(chǎn)制造知識(shí)。對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其主要零部件，葉片、輪轂、主軸、主軸承、齒輪箱、機(jī)架、機(jī)艙、發(fā)電機(jī)、控制保護(hù)系統(tǒng)、運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、塔架、基礎(chǔ)等的設(shè)計(jì)方法、理論、設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了全面、系統(tǒng)、詳細(xì)的介紹和闡述，給出了若干計(jì)算實(shí)例，目的是為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)提供一個(gè)導(dǎo)則，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)和應(yīng)用中經(jīng)常遇到的問(wèn)題提出建議和指導(dǎo)，方便實(shí)際應(yīng)用。書中給出的準(zhǔn)則、數(shù)據(jù)、曲線等設(shè)計(jì)資料都來(lái)源于真實(shí)的設(shè)計(jì)實(shí)踐，可以直接參考引用，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)和應(yīng)用具有較高的參考價(jià)值。

書籍目錄

譯者序前言第1章　風(fēng)力機(jī)的概念　1.1　引言　1.2　概念　　1.2.1　垂直軸風(fēng)力機(jī)　　1.2.2　水平軸風(fēng)力機(jī)　　1.2.3　風(fēng)輪葉片的數(shù)目　　　1.2.4　功率控制　　1.3　經(jīng)濟(jì)性　1.4　出力　　1.4.1　功率曲線　　1.4.2　年發(fā)電量　　1.5　結(jié)構(gòu)與尺寸　1.6　未來(lái)概念　參考文獻(xiàn)第2章　安全性與可靠性　2.1　安全理念　2.2　系統(tǒng)安全性與運(yùn)行可靠性　　2.2.1　控制系統(tǒng)　　2.2.2　保護(hù)系統(tǒng)　　2.2.3　制動(dòng)系統(tǒng)　　2.2.4　失效模式和效果分析　　2.2.5　失效樹(shù)分析　2.3　結(jié)構(gòu)安全性　　2.3.1　極限狀態(tài)　　2.3.2　失效概率與結(jié)構(gòu)可靠性的其他度量措施　　2.3.3　結(jié)構(gòu)可靠性方法　　2.3.4　標(biāo)準(zhǔn)格式、特征值與部分安全因子　　2.3.5　標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn)　　2.3.6　軸向加載鋼塔實(shí)例　　2.3.7　FRP葉根的彎曲疲勞實(shí)例　　2.3.8　用于驗(yàn)證的試驗(yàn)與計(jì)算　　2.3.9　檢查與檢查間隔　2.4　機(jī)械系統(tǒng)的安全性　2.5　勞動(dòng)安全　　2.5.1　運(yùn)輸、安裝與調(diào)試　　2.5.2　正常運(yùn)行　　2.5.3　服務(wù)、維護(hù)與修理　2.6　規(guī)程與標(biāo)準(zhǔn)　參考文獻(xiàn)第3章　外部條件　3.1　風(fēng)條件　　3.1.1　10min平均風(fēng)速　　3.1.2　風(fēng)速的標(biāo)準(zhǔn)偏差　　3.1.3　湍流強(qiáng)度　　3.1.4　橫向和垂直方向的湍流　　3.1.5　隨機(jī)湍流模型　　3.1.6　風(fēng)切變　　3.1.7　風(fēng)向　　3.1.8　瞬時(shí)風(fēng)條件　　3.1.9　極端風(fēng)——陣風(fēng)　　3.1.10　場(chǎng)址評(píng)估　3.2　其他外部條件　　3.2.1　溫度　　3.2.2　空氣密度　　3.2.3　濕度　　3.2.4　輻射和紫外線　　3.2.5　冰　　3.2.6　雨、雪和冰雹　　3.2.7　大氣侵蝕和磨損　　3.2.8　地震　　3.2.9　雷電　參考文獻(xiàn)第4章　載荷　4.1　載荷工況　　4.1.1　設(shè)計(jì)條件　　4.1.2　風(fēng)況　　4.1.3　設(shè)計(jì)載荷工況　4.2　載荷類型　　　……第5章　風(fēng)輪第6章　機(jī)艙第7章　塔架第8章　基礎(chǔ)第9章　電氣系統(tǒng)第10章　手冊(cè)第11章　試驗(yàn)與測(cè)量附錄附錄A　螺栓連接附錄B　經(jīng)驗(yàn)方法附錄C　疲勞計(jì)算附錄D　有限元方法（FEM）計(jì)算附錄E　材料特性附錄F　名詞與定義附錄G　換算及表格

章節(jié)摘錄

　　風(fēng)力機(jī)應(yīng)該以這樣一種方式進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，即如果在預(yù)計(jì)的服務(wù)壽命期內(nèi)得到正確的使用和維護(hù)，它就能夠在預(yù)計(jì)的安全水平下承受假定的載荷并表現(xiàn)出足夠的持久性和堅(jiān)固性。計(jì)算或者計(jì)算與試驗(yàn)相結(jié)合可以用于證明風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)元件，滿足預(yù)計(jì)的安全水平。　　結(jié)構(gòu)元件預(yù)計(jì)的安全水平可以用失效概率要求來(lái)表示，以所謂的風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則作為基礎(chǔ)來(lái)確定，它取決于失效的形式和后果。失效的形式可以根據(jù)延展性、備件數(shù)量或結(jié)構(gòu)的冗余程度來(lái)描述，而失效后果可以根據(jù)所包含的自然后果和社會(huì)后果來(lái)描述。后果越嚴(yán)重，備件能力的限制越多，可接受的失效概率就越小。預(yù)計(jì)的安全水平以2.3 節(jié)詳細(xì)描述的安全等級(jí)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)，以低、中及高安全等級(jí)進(jìn)行區(qū)別。安全等級(jí)越高，安全水平要求越嚴(yán)格，可接受的失效概率就越小?！　★L(fēng)力機(jī)配備了控制和保護(hù)系統(tǒng)，它規(guī)定了風(fēng)力機(jī)將要經(jīng)歷的所有可能的設(shè)計(jì)狀態(tài)。為了保證風(fēng)力機(jī)在這個(gè)限定的狀態(tài)之內(nèi)，作為安全理念的一部分，保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)該提供足夠高水平的可靠性，涵蓋在極端事件可能發(fā)生的失效與保護(hù)系統(tǒng)可能不能執(zhí)行其任務(wù)之間可能忽視的組合概率。因此，保護(hù)系統(tǒng)的非冗余結(jié)構(gòu)部件都設(shè)計(jì)成了具有很高的安全等級(jí)?！　☆A(yù)計(jì)的安全水平或安全等級(jí)的選擇對(duì)不同的風(fēng)力機(jī)部件有所不同。風(fēng)輪通常設(shè)計(jì)成至少應(yīng)具有中等安全等級(jí)。而其他的結(jié)構(gòu)部件，如塔架、基礎(chǔ)通常設(shè)計(jì)成根據(jù)其失效的可能后果確定其安全等級(jí)。基礎(chǔ)失效的后果可能導(dǎo)致塔架和風(fēng)輪的失效，風(fēng)輪或塔架的失效不一定導(dǎo)致基礎(chǔ)的失效。對(duì)各種結(jié)構(gòu)部件選擇其安全等級(jí)，有效的方法是采用所謂的功能失效順序，如在失效順序中，基礎(chǔ)失效是最后一個(gè)失效的結(jié)構(gòu)部件。這個(gè)順序是基于風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)及其基礎(chǔ)失效后果可行性研究得出的。但是，風(fēng)輪通常被設(shè)計(jì)成中等或高的安全等級(jí)，而不必遵守上述功能失效原則。要求風(fēng)輪設(shè)計(jì)成中等或高安全等級(jí)，主要是緣于如果風(fēng)輪飛出來(lái)或風(fēng)輪失效，對(duì)周圍環(huán)境將造成危險(xiǎn)的事故。在這樣的事故中，風(fēng)輪的零部件可能會(huì)散落在風(fēng)力機(jī)以外1km甚至更遠(yuǎn)的范圍內(nèi)。

圖書封面

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