【文章內(nèi)容簡介】 條件可以被再分為普通條件和極端條件。普通的外部條件通常關(guān)系到循環(huán)結(jié)構(gòu)載荷條件，極端外部條件表現(xiàn)為罕見的極端設(shè)計條件。設(shè)計載荷情況由風(fēng)力機的運行模式和其它設(shè)計情形的外部條件的潛在危機混合組成。 風(fēng)力條件時影響結(jié)構(gòu)完整性的首要外部條件。其它環(huán)境條件也會影響設(shè)計特征例如控制系統(tǒng)功能、耐久、腐蝕等。 普通的和極端的條件，被考慮到設(shè)計中按照風(fēng)力機分類，被規(guī)定在以下次要條款中。 風(fēng)力機分類 極端條件被考慮到設(shè)計中依靠風(fēng)力機安裝的預(yù)定場地或場地型式。風(fēng)力機的分類定義于風(fēng)速和湍流參數(shù)。分類的目的是包括大部分的應(yīng)用。風(fēng)速和湍流參數(shù)的評估規(guī)定為描述許多不同的地點不能給出一個對于任何精確地點精確的描述，見 。風(fēng)力機的分類提供了一個明確的風(fēng)速和湍流參數(shù)的范圍。表1詳細(xì)說明了定義風(fēng)力機分類的基本參數(shù)。 更進(jìn)一步的風(fēng)力機分類，S類，定義于設(shè)計者和/或客戶要求的特殊的風(fēng)力或其它外部條件或特殊安全分類，見 。S類風(fēng)力機的設(shè)計評估由設(shè)計者選擇并詳細(xì)記載在設(shè)計文件中。對于這些特殊的設(shè)計，被設(shè)計條件選擇的設(shè)計平估將反映嚴(yán)酷的環(huán)境至少預(yù)期使用風(fēng)力機。 I,II和III類的詳細(xì)外部條件即不包括海面條件也不包括熱帶風(fēng)暴例如颶風(fēng)、龍卷風(fēng)和臺風(fēng)的風(fēng)力條件。這些條件可能被要求在S類的風(fēng)力機設(shè)計中。表 1－風(fēng)力機分類的基本參數(shù)風(fēng)力機分類IIIIIIS (m/s)50評估由設(shè)計者詳細(xì)說明A ()B ()C ()表 1中，參數(shù)評估適用于輪轂高度并且 是10min平均參考風(fēng)速， A 指定最高湍流特性種類， B 指定中等湍流特性種類， C 指定最低湍流特性種類， 是在15m/s時湍流強度的預(yù)期評估。 另外相對這些基礎(chǔ)參數(shù)，個別的其它使用在風(fēng)力機設(shè)計中的重要參數(shù)要求十分詳細(xì)的外部條件。在風(fēng)力機類到II類中，以后提到的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)力機分類。 I類到III類風(fēng)力機的設(shè)計壽命為至少20年。 對于S類風(fēng)力機制造商必須，在設(shè)計文件中，描述使用的模型和設(shè)計參數(shù)評估。當(dāng)條款6中的模型被采用時，參數(shù)評估的聲明將是充分的。S類風(fēng)力機的設(shè)計文件將包括附錄A所列出的信息。 。 注，在這一版本的標(biāo)準(zhǔn)中年平均風(fēng)速不再作為風(fēng)力機分類的基本參數(shù)出現(xiàn)在表1中。依照這一分類風(fēng)力機設(shè)計的年平均風(fēng)速在公式（9）中給出。 注，在這一版本的標(biāo)準(zhǔn)中定義為平均評估而不是典型評估。 風(fēng)力條件 風(fēng)力機將被設(shè)計成能安全抵擋定義在被選擇的風(fēng)力機分類中的風(fēng)力條件。 風(fēng)力條件的設(shè)計評估將被清楚詳細(xì)的記載在設(shè)計文件中。 載荷和安全考慮的風(fēng)力政策被分成普通風(fēng)力條件，在風(fēng)力機普通運行時經(jīng)常發(fā)生的，和極端風(fēng)力條件，被定義為1年或50年一遇的。 風(fēng)力條件包括一個連續(xù)的平均氣流組合，在許多情況下，伴隨著不確定的陣風(fēng)或湍流。在所有情況下，一個平均氣流相對于水平面的傾斜達(dá)到8其影響將被考慮。這個氣流的傾斜角度被假設(shè)不隨高度變化。 表達(dá)式“湍流”表示平均10min內(nèi)風(fēng)向量隨機的變化。湍流模型，當(dāng)被使用時，將包括改變的風(fēng)速的影響，切變和方向和通過變化切變的允許的轉(zhuǎn)動取樣。組成狂風(fēng)向量的三個矢量被定義為：－ 縱向－順著平均風(fēng)向量的方向；－ 橫向－水平和正常的縱向方向；－ 向上－正常的縱橫方向，例如傾斜于垂直面的平均氣流傾斜角。 對于標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)力機分類，湍流模型的隨機風(fēng)向量領(lǐng)域?qū)M足以下條件：a) 湍流標(biāo)準(zhǔn)偏差，由以下次要條款評估給出，將被假定不隨高度變化。平均風(fēng)向的正常成份將有以下最小的標(biāo)準(zhǔn)偏差：－ 橫向成份－－ 向上成份－ b) 縱向湍流比例參數(shù)，在輪轂高度z將被設(shè)定為 （5） 注，實際評估可能依靠湍流模型和b）中的要求。 太陽光譜特性的3個直角坐標(biāo)，和漸近接近以下形式作為湍流慣性負(fù)區(qū)增加頻率： （6） （7）c) 一個公認(rèn)的一致的模型，定義為大量的聯(lián)合光譜分開成獨立光譜對于縱向向量成分在空間分離點在一個正常的縱向平面，將被使用。滿足這些要求的被推薦的湍流模型是在附錄 B中的Mann統(tǒng)一切變湍流模型。另外一個經(jīng)常使用的滿足這些要求的模型也在附錄B中給出了。其它模型要小心使用，這些選擇可能影響重要的載荷。 普通風(fēng)力條件 風(fēng)速分布 對于風(fēng)力機的設(shè)計風(fēng)速分布是非常重要的因為它確定了普通設(shè)計情形中的單個載荷條件發(fā)生的頻率。在輪轂高度的10min內(nèi)風(fēng)速的平均評估將被假定符合一個瑞利分布如下： （8） 在此，在標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)力機分類中，將被選擇如下： （9） 普通風(fēng)廓線模型（NWP） 風(fēng)廓線，以函數(shù)的形式表示在高度，z，的平均風(fēng)速。在標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)力機分類中，普通的風(fēng)速廓線將以冪函數(shù)的形式給出： （10） 冪指數(shù)。 假定的風(fēng)廓線被用來定義穿過風(fēng)輪掃掠面的平均垂直風(fēng)切變。 普通湍流模型（NTM） 對于普通湍流模型，湍流標(biāo)準(zhǔn)偏差的典型評估，將由給出的輪轂高度風(fēng)速的90％的百分比給出。這個標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)力機分類的評估如下： ； m/s (11) 湍流標(biāo)準(zhǔn)偏差的評估和湍流強度顯示在圖 1a和 1b中。 評估在表1中給出。 注，對于額外可選的其它載荷計算要求的其它分位數(shù)，它們可能近似假定的lognormal分布標(biāo)準(zhǔn)分類并且 ； 圖 1a－普通湍流模型（NTM）的湍流標(biāo)準(zhǔn)偏差圖 1b－普通湍流模型（NTM）的湍流強度圖 1－普通湍流模型（NTM） 極端風(fēng)力條件 極端風(fēng)力條件包括風(fēng)切變事件，風(fēng)暴和風(fēng)速和風(fēng)向迅速轉(zhuǎn)變時的頂點風(fēng)速。 極端風(fēng)速模型（EWM） EWM將是一個穩(wěn)定的或狂暴的風(fēng)力模型。這個風(fēng)力模型基于參考風(fēng)速，和確定的湍流標(biāo)準(zhǔn)偏差。 對于穩(wěn)定的極端風(fēng)速范圍，極端風(fēng)速，50年一遇的，和極端風(fēng)速，一年一遇的，將被估計為關(guān)于高度，z，的一個函數(shù)使用以下等式： （12） 和 （13） 在穩(wěn)定的極端風(fēng)力模型，允許在15的范圍內(nèi)將短時間的偏離平均風(fēng)向假定為持續(xù)的偏航錯位。 對于湍流極端風(fēng)速模型，50年一遇和1年一遇的10min平均風(fēng)速于z的函數(shù)，分別被定義為： （14） （15） 縱向湍流標(biāo)準(zhǔn)偏差為： （16） 極端運行陣風(fēng)（EOG） 在標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)力機分類中輪轂高度陣風(fēng)大小被定義為以下關(guān)系： (17) 在此： 在公式（11）中給出； 湍流比例參數(shù)，依照公式（5）； 風(fēng)輪直徑。 風(fēng)速將被定義為以下公式： （18） 在此： 被定義在公式（10）中 ＝ 圖2中給出了一個極端運行陣風(fēng)（）的實例：圖 2－極端運行陣風(fēng)實例 注，狂風(fēng)極端風(fēng)力模型的湍流標(biāo)準(zhǔn)偏差與普通（NTM）或極端湍流模型（ETM）無關(guān)。 注，陣風(fēng)的大小被一起校準(zhǔn)和可能的運行事件例如50年一遇的情況下的啟動和停止。 極端湍流模型（ETM） ： （19） 極端方向改變（EDC） 極端風(fēng)向改變大小，將使用以下關(guān)系計算： （20） 在此： 在NTM公式（11）中給出； 有限的間隔180； 湍流比例參數(shù)，依照公式（5）； 轉(zhuǎn)子直徑。 暫時極端風(fēng)向改變，被定義為： （21） 在此＝6 s是極端方向改變的時間。符號將被選擇所以最差的暫時載荷發(fā)生。在暫時方向改變的最后，方向假定保持不變。 例如，湍流類型A的極端方向改變的大小，m，＝30m，隨改變?nèi)鐖D3所示。相應(yīng)的暫時現(xiàn)象在m/s時如圖4所示。圖 3－極端方向改變大小的實例 圖 4－極端方向改變實例 方向改變的極端連續(xù)陣風(fēng)（ECD） 方向改變的連續(xù)極端陣風(fēng)由一個大小 m/s (22) 風(fēng)速被定義為： （23） 在此＝10 s是上升時間。m/s時極端連續(xù)陣風(fēng)中的上升風(fēng)速如圖5所示。圖 5－ECD的極端連續(xù)陣風(fēng)幅度實例 上升風(fēng)速將被假定同步發(fā)生方向的改變從0到并且包括，在此的大小被定義為： （24） 同步的方向改變在此被定義為： （25） 在此＝10s是上升時間。 方向改變的大小，和方向改變與的函數(shù)關(guān)系和在＝25m./s時的函數(shù)關(guān)系分別如圖6和圖7所示。圖 6－ECD的方向改變 圖 7－暫時方向改變的實例 極端風(fēng)切變（EWS） 極端風(fēng)切變將使用以下暫時風(fēng)速計算。 暫時（正向和負(fù)向）垂直切變：（26） 暫時水平切變。 (27) 在此對于垂直和水平的切變： ＝；＝；＝12 s； 在NTM的公式（11）中給出； 為湍流比例參數(shù)，依照公式（5）； 為風(fēng)輪直徑。 暫時水平風(fēng)切變的符號將被選擇因此最差暫時載荷發(fā)生。兩個風(fēng)切變不能同時使用。圖 8－極端正向和負(fù)向垂直風(fēng)切變的實例， 圖 9－風(fēng)速在風(fēng)輪頂部和底部的實例，在發(fā)作（t＝0，虛線）之前和在 上圖為暫時正向風(fēng)切變最大切變（t＝6 s，實線）時的風(fēng)廓線。 例如，極端垂直風(fēng)切變（湍流類型A，）＝30 m，＝25 m/s，＝42 m）如圖8所示，其中顯示了在發(fā)作（t＝0，虛線）之前和在最大切變（t＝6 s，實線）時的風(fēng)廓線。圖9顯示了在風(fēng)輪頂部和底部的風(fēng)速，闡明了時間與切變的關(guān)系（假定依照圖8）。 其它環(huán)境條件除了風(fēng)力以外的環(huán)境（氣候上的）條件也能影響風(fēng)力機的完整性和安全性，如熱、光、腐蝕、機械、電氣或其它物理效果。此外，氣候條件的混合可能會增加它們的影響。 以下其它環(huán)境條件，至少，將被考慮和作為行動結(jié)果規(guī)定在設(shè)計文件中：l 溫度；l 濕度；l 空氣密度；l 太陽輻射；l 雨、冰雹、雪和冰凍；l 物質(zhì)化學(xué)作用；l 微粒機械作用；l 鹽度；l 閃電；l 地震。海面環(huán)境要求需要另外考慮。 被考慮的氣候條件將被定義在典型評估和可變條件限制的條款中。在選擇設(shè)計評估時可能同時發(fā)生的氣候條件將被考慮。 一年一遇的極限氣候條件相對于普通情況布影響風(fēng)力機普通運行設(shè)計。 除非關(guān)聯(lián)處在。 普通的其它環(huán)境條件 普通的其它環(huán)境條件評估必須考慮以下因素：l 周圍溫度范圍從－10℃到＋40℃；l 相關(guān)濕度達(dá)到95％；l 大氣容量等于無污染的內(nèi)陸大氣（見IEC 6072121）；l 太陽輻射強度1,000W/m；l 空氣密度1,225kg/m。當(dāng)另外的外部條件被設(shè)計者指定時，參數(shù)和它們的評估將被規(guī)定在設(shè)計文件中和符合IEC 6072121的要求。 極端其它環(huán)境條件 將被考慮到風(fēng)力機的設(shè)計中的極端其它環(huán)境條件有溫度、閃電、冰凍和地震（）。 溫度 極端溫度范圍對于標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)力機分類至少為－20℃到＋50℃。 閃電 ，被適當(dāng)?shù)目紤]對于渦輪設(shè)計在標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)力機分類中。 冰凍 在標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)力機分類中沒有最小的冰凍要求。 地震 在標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)力機分類中沒有最小的地震要求。 電網(wǎng)條件需要考慮的在風(fēng)力機終端的普通條件列出如下： 普通的電網(wǎng)條件適用當(dāng)以下參數(shù)滿足以下規(guī)定的范圍。l 電壓－標(biāo)稱值（依照IEC 60038）10％。l 頻率－標(biāo)稱值2％。l 電壓不平衡－電壓負(fù)次序比例