1主题内容与适用范围

　　本标准规定了小型风力发电机组（以下简称风力机组）的结构安全性原则要求，包括安全机理、质量保证、结构安全可靠性设计、控制、保护与实验等安全方面的要求。

　　本标准适用于独立运行、风轮扫掠面积小于40m²的风力发电机组，包括机械、支撑结构件、控制与保护装置等。

2引用标准

   GB8974——88风力机  术语

   GB/T13981——92风力机设计通用要求

3术语与符号

3-1术语

运行极限阵风

风力机组正常运行状态下所能承受的极限阵风。

持续极限阵风

持续时间不小于30min的运行极限阵风。

本标准中所用其他术语应符合GB8974——88的规定。

3-2符号

υ   来流速度；

υ₁   切变风速；

υ_tem 离地10m高度处，10min平均风速；

υ   平均风速；

υ_hub    轮毂中心处离地高度，10min平均风速；

υ_e50    50a极限风速；

υ_e1  1a极限风速；

υ_cg   持续极限阵风风速；

υ_ref   四周没有对气流产生干扰的建筑物或山丘等的参考地点，离地10m高度，10min平均风速；

θ_cg   持续极限阵风方向变化角；

P    风速分布概率；

K    形状因子；

C    尺度因子；

D    风轮直径；

Z   离地高度；

Z_bub 轮毂中心处离地高度；

A  风剪指数；

σ  标准偏差。

4安全性设计原则

4-1安全性设计原则

设计风力机组结构，应考虑各种正常的和极限的外部条件、内部负载、安全性、可靠性。

风力机组结构的安全性取决于安全标准，零部件安全系数。

4-2构件安全等级

   在保证地基安全的基础上，风力机组构件安全等级按其构件特性分为两种；

a）  关键构件——指如有故障，可能危及人身安全，导致结构或主要系统失效、损坏、进而影响寿命或引起社会和经济后果；

b）  一般构件——指如有故障，可能导致产品达不到性能要求，如有其他特殊规定可由厂方和用户协商确定。

按失效结果，部件又可分为；

a）  失效安全结构部件——失效后仍不导致风力机组的某一主要部件发生故障；

b）  非失效安全结构部件——失效后立即会引起风力机组的某一主要部件发生故障。

4-3质量保证

质量保证和质量检查应贯穿于小型风力机组结构及其零部件的设计、制造、试验、运输、安装和使用维护全过程中，并应按设计单位或行业的《质量管理手册》的规定执行。

5外部条件

5-1总则

风力机组的结构安全性设计应考虑外部条件。外部条件包括拟定的安装地点、地基类型、风况和其他气候条件，外部条件分为正常和极限外部条件。

5-2正常外部条件

正常外部条件指风轮在正常运行时所经受的长期载荷和经常存在的运行条件。

5-2-1正常风况

5-2-1-1风速分布

地基以上的风分布表明了载荷情况的发生频率，并用来预测风力机组的输出功率。正常风速规律可以按测量数据给出，亦可参照韦布尔（Wei bull）分布规律计算，见附录A。

5-2-1-2稳态风速函数

   稳态风速函数υ（Z）指以离地高度Z为变量的平均风速函数，稳态风速可按式（1）的指数规律估算；

υ（Z）=υ_ten(Z/10)⁶………………………………………………（1）

式中；υ_ten——离地10m高度处，10min 平均风速，m/s；

a——风剪指数，无量纲，一般不小于0.2；

Z——离地高度，m。

平均风向可假设为水平的，并且不随高度变化。

5-2-1-3紊流

设计风力机组结构时，应考虑紊流对其安全性的影响。

5-2-2其他正常外部条件

其他应考虑的正常外部条件包括；

a）  系统正常运行环境温度；-20℃~+40℃；

b）  相对温度；95%；

c）  大气污染情况；

d）  太阳辐射情况；

e）  标准（海平面）大气参数；

压力；101.325kPa；

温度；15℃；

密度；1.225kg/m³。

当设计指定外部条件时，应符合有关国标的要求，并在设计文件中说明。

5-3极限外部条件

极限外部条件是指较少出现但更恶劣的外部条件。

5-3-1极限风况

极限风况是风力机组结构安全性设计中确定极限气动载荷的依据。在风力机组设计时应考虑极限风速、极限风向变化角速度、运行极限阵风、持续极限阵风、持续极限阵风方向变化角和极限切变风对结构安全性的影响。

5-3-1-1极限风速

50a极限风速和1a极限风速应根据极限参考风速确定，υ_n50和υ_e1可分别按式（2）、式（3）确定：

式中：υref——参考风速，m/s；

Z——离地高度，m。

5-3-1-2持续极限阵风

假设持续极限阵风风速成为15m/s，阵风的起动时间10s，离地高度Z（m）处，t时风速υ（Z，t）可接式（4）计算；

式中；Z——离地高度，m；

υ（Z）——离地高度Z（m）处10min平均风速,m/s；

T——起动时间，T=10s。