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中華人民共和國國家標準小型風力發(fā)電機組結構安全要求
1主題內(nèi)容與適用范圍
本標準規(guī)定了小型風力發(fā)電機組（以下簡稱風力機組）的結構安全性原則要求，包括安全機理、質(zhì)量保證、結構安全可靠性設計、控制、保護與實驗等安全方面的要求。
本標準適用于獨立運行、風輪掃掠面積小于40m2的風力發(fā)電機組，包括機械、支撐結構件、控制與保護裝置等。
2引用標準
GB8974——88風力機 術語
GB/T13981——92風力機設計通用要求
3術語與符號
3-1術語
運行極限陣風
風力機組正常運行狀態(tài)下所能承受的極限陣風。
持續(xù)極限陣風
持續(xù)時間不小于30min的運行極限陣風。
本標準中所用其他術語應符合GB8974——88的規(guī)定。
3-2符號
υ 來流速度；
υ1 切變風速；
υtem 離地10m高度處，10min平均風速；
υ 平均風速；
υhub 輪轂中心處離地高度，10min平均風速；
υe50 50a極限風速；
υe1 1a極限風速；
υcg 持續(xù)極限陣風風速；
υref 四周沒有對氣流產(chǎn)生干擾的建筑物或山丘等的參考地點，離地10m高度，10min平均風速；
θcg 持續(xù)極限陣風方向變化角；
P 風速分布概率；
K 形狀因子；
C 尺度因子；
D 風輪直徑；
Z 離地高度；
Zbub 輪轂中心處離地高度；
A 風剪指數(shù)；
σ 標準偏差。
4安全性設計原則
4-1安全性設計原則
設計風力機組結構，應考慮各種正常的和極限的外部條件、內(nèi)部負載、安全性、可靠性。
風力機組結構的安全性取決于安全標準，零部件安全系數(shù)。
4-2構件安全等級
在保證地基安全的基礎上，風力機組構件安全等級按其構件特性分為兩種；
a） 關鍵構件——指如有故障，可能危及人身安全，導致結構或主要系統(tǒng)失效、損壞、進而影響壽命或引起社會和經(jīng)濟后果；
b） 一般構件——指如有故障，可能導致產(chǎn)品達不到性能要求，如有其他特殊規(guī)定可由廠方和用戶協(xié)商確定。
按失效結果，部件又可分為；
a） 失效安全結構部件——失效后仍不導致風力機組的某一主要部件發(fā)生故障；
b） 非失效安全結構部件——失效后立即會引起風力機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)量檢查應貫穿于小型風力機組結構及其零部件的設計、制造、試驗、運輸、安裝和使用維護全過程中，并應按設計單位或行業(yè)的《質(zhì)量管理手冊》的規(guī)定執(zhí)行。
5外部條件
5-1總則
風力機組的結構安全性設計應考慮外部條件。外部條件包括擬定的安裝地點、地基類型、風況和其他氣候條件，外部條件分為正常和極限外部條件。
5-2正常外部條件
正常外部條件指風輪在正常運行時所經(jīng)受的長期載荷和經(jīng)常存在的運行條件。
5-2-1正常風況
5-2-1-1風速分布
地基以上的風分布表明了載荷情況的發(fā)生頻率，并用來預測風力機組的輸出功率。正常風速規(guī)律可以按測量數(shù)據(jù)給出，亦可參照韋布爾（Wei bull）分布規(guī)律計算，見附錄A。
5-2-1-2穩(wěn)態(tài)風速函數(shù)
穩(wěn)態(tài)風速函數(shù)υ（Z）指以離地高度Z為變量的平均風速函數(shù)，穩(wěn)態(tài)風速可按式（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 平均風速，m/s；
a——風剪指數(shù)，無量綱，一般不小于0.2；
Z——離地高度，m。
平均風向可假設為水平的，并且不隨高度變化。
5-2-1-3紊流
設計風力機組結構時，應考慮紊流對其安全性的影響。
5-2-2其他正常外部條件
其他應考慮的正常外部條件包括；
a） 系統(tǒng)正常運行環(huán)境溫度；-20℃~+40℃；
b） 相對溫度；95%；
c） 大氣污染情況；
d） 太陽輻射情況；
e） 標準（海平面）大氣參數(shù)；
壓力；101.325kPa；
溫度；15℃；
密度；1.225kg/m3。
當設計指定外部條件時，應符合有關國標的要求，并在設計文件中說明。
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極限風況
極限風況是風力機組結構安全性設計中確定極限氣動載荷的依據(jù)。在風力機組設計時應考慮極限風速、極限風向變化角速度、運行極限陣風、持續(xù)極限陣風、持續(xù)極限陣風方向變化角和極限切變風對結構安全性的影響。
5-3-1-1極限風速
50a極限風速和1a極限風速應根據(jù)極限參考風速確定，υn50和υe1可分別按式（2）、式（3）確定：
式中：υref——參考風速，m/s；
Z——離地高度，m。
5-3-1-2持續(xù)極限陣風
假設持續(xù)極限陣風風速成為15m/s，陣風的起動時間10s，離地高度Z（m）處，t時風速υ（Z，t）可接式（4）計算；
式中；Z——離地高度，m；
υ（Z）——離地高度Z（m）處10min平均風速,m/s；
T——起動時間，T=10s。