---

Умови довкілля в подальшому поділяють на вітрові та інші умови. Електричні умови відносять до умов електричної мережі. Властивості фунту відносять до проектування фундаменту ВТГС.

Кожний тип зовнішніх умов можна підрозділити на нормальні та екстремальні зовнішні умови. Нормальні зовнішні умови взагалі стосуються довгострокового конструкційного навантаження та експлуатаційних умов, тоді як екстремальні зовнішні умови — це рідкі, але потенційно критичні зовнішні проектні умови. У видах проектного навантаження слід передбачити комбінації зовнішніх умов з робочими режимами вітряної турбіни.

Вітрові умови е основними зовнішніми умовами для конструктивної цілісності, інші умови дов­кілля також впливають на проектні характерні особливості, зокрема на функціонування системи ке­рування, строк служби, корозію тощо.

У наступних підрозділах описано нормальні та екстремальні умови, які слід розглядати в про­екті відповідно до класів ВТГС.

Зовнішні умови, які слід розглядати в проекті, залежать від передбаченого місця розташуван­ня або типу місця розташування для установки ВТГС. Класи ВТГС визначають в показниках швид­кості вітру та параметрів турбулентності. Призначення класів — охопити більшість випадків засто­сування. Значення швидкості вітру та параметрів турбулентності представляють характеристичні зна­чення багатьох різних місць розташування і не дають точної уяви про будь-яке конкретне місце роз­ташування (див. розділ 11). Потрібно створити класифікацію ВТГС з міцністю, яка змінюється та регулюється швидкістю вітру та параметрами турбулентності. У таблиці і наведено основні пара­метри, які визначають класи ВТГС.

У випадках, копи е необхідним спеціальний проект (тобто особливі вітрові умови або інші зовнішні умови, або спеціальний клас безпеки, див. 5.3), визначають подальші класи ВТГС, клас S. Проектні значення для ВТГС класу S вибирає проектувальник і подає в проектній документації. Для таких спеціальних проектів значення, вибрані для проектних умов, мають відображати гірші умови довкілля, ніж ті, що передбачено для звичайного використання ВТГС.

Особливі зовнішні умови офшорних установок потребує проект ВТГС класу S.

Таблиця 1 — Основні параметри для класів ВТГС

де значення застосовують на висоті маточини і

А — установлює категорію для найвищих турбулентних характеристик;

В — установлює категорію для найнижчих турбулентних характеристик;

/₁₅ — характеристичне значення інтенсивності турбулентності за швидкості 15 м/с;

а — параметр крутизни, який слід використовувати в рівнянні (7).

Додатково до зазначених основних параметрів потрібно мати деякі інші важливі параметри для повного визначення зовнішніх умов, використовуваних у проекті ВТГС. У разі ВТГС класів від І_Адо )V_B, які надалі визначено як стандартні класи ВТГС, значення цих додаткових параметрів наведено в 6.3, 6.4 та 6.5.

Проектний строк служби має бути не менше ніж 20 років.

Для ВТГС класу S виробник має зазначити в проектній документації використані моделі та зна­чення основних проектних параметрів. Показники значень параметрів будуть достатніми там, де прийнято моделі, описані в розділі 6. Проектна документація ВТГС класу S має містити інформаційні дані, які наведено в додатку А.

Скорочення, додані в круглих дужках у заголовках підрозділів, далі в цьому розділі використо­вують для описування вітрових умов для видів проектного навантаження, визначеного в 7.4.

ВТГС спід спроектовувати так, щоб вона безпечно витримувала вітрові умови, визначені ви­браним класом ВТГС.

Проектні значення вітрових умов слід чітко навести в проектній документації.

Під час розгляду навантаження та безпеки вітровий режим поділяють на нормальні вітрові умови, які будуть часто траплятись під час нормальної роботи ВТГС, та екстремальні вітрові умови, які визначено як такі, що мають 1-річний або 50-річний рекурентний період.

У всіх випадках слід передбачати вплив нахилу до 8° середнього потоку відносно горизонтальної площини. Допускають, що кут нахилу потоку буде інваріантним з висотою.

Розподіл швидкості вітру в даному місці є суттєвим для проекту ВТГС, тому що він визначає частоту виявлення характерних умов навантаження. У випадку стандартних класів ВТГС вважають, що середнє значення швидкості вітру за період часу в 10 хвилин буде підлягати розподілу Релея для розрахування проектного навантаження. У цьому випадку розподіл ймовірності на висоті мато­чини дають як

1 J. (5)

Вітровий профіль V(z) визначає середню швидкість вітру як функцію висоти z відносно поверхні землі. Допускають, що у випадку стандартних класів ВТГС нормальний профіль швидкості вітру буде представлено степеневим законом:

( ₇ V^і

= - - (6)

Допускають, що показник степеня о степеневого закону буде 0,2.

Допущений вітровий профіль використовують для визначення середнього вертикального вітро­вого відхилу через площу обмаху ротора.

Вираз «вітрова турбулентність» означає стохастичні відхили у векторі швидкості вітру від 10-хвилинного середнього. Модель турбулентності має включати вплив змінюваної швидкості вітру, змінюваного напрямку та перемінне вибіркове дослідження. Для стандартних класів ВТГС спектральна щільність потужності векторного поля випадкових векторів швидкості вітру, незалежно від ТОГО, точно їх використана в моделі чи ні, має задовольняти такі вимоги:

1. Характеристичне значення нормального відхилу поздовжнього складника вектора швидкості слід визначати як ¹³:

o^/utlSm/s+aV^J/ta+l). (7)

Значення для /₁₅ та а наведено в таблиці 1.

Характеристичні значення нормального відхилу ст-і та інтенсивності турбулентності сц/Ц^ь по­казано нижче на рисунку 1 як функцію швидкості вітру для наведених значень /₁₅ та а.

Допускають, що нормальний відхил буде інваріантним з висотою.

Швидкість вітру, V_hub (м/с)

Рисунок 1 — Характеристична турбулентність вітру

(0,7 z_hLlb для

[21м для

z_hlJb< 30 м

4л й 30м •

О)

2. 3 наближенням до високочастотного кінця інерційного діапазону спектральна щільність по­тужності поздовжнього складника турбулентності Si(f) буде асимптотично наближатись до форми:

(8)

Масштабний параметр турбулентності А, слід визначати як;

Технічні умови для моделей стохастичної турбулентності, які задовольняють ці вимоги, наве­дено в додатку В, У додатку С наведено спрощену детерміністичну модель, яка ґрунтується на стс- хастичному описуванні турбулентності. Цю детерміністичну модель можна використовувати в тому випадку, коли можна показати, що чутливість лопатей турбіни до випадково вибраного вектора швидкості вітру суттєво ослаблена. Посібник для підтвердження цього також наведено в додатку С.

Екстремальні вітрові умови використовують для визначення екстремальних вітрових наванта­жень на ВТГС. Ці умови включають пікову швидкість вітру під час шторму та швидку зміну у швид­кості вітру та напрямку. Ці екстремальні умови включають потенційний вплив турбулентності вітру таким чином, що в проектних розрахунках треба розглядати тільки детерміністичний вплив.

Для виконання розрахунків видів навантаження додатково до тих, що наведено в таблиці 2, можна використо­вувати різні відсоткові величини, Такі відсоткові величини визначають додаванням значення в рівняння (7), яке пода­ють як:

Дщ = (х - 1)(2 м/с)/₁₅,

де х визначають із функції нормального розподілу ймовірності. Наприклад, х = 1,64 для 95-відсотково" величини

.

Екстремальна швидкість вітру за 50 років t/_e50 та екстремальна швидкість вітру за один рік |/_ц1 мають ґрунтуватись на еталонній швидкості вітру V%_f. Для проектів ВТГС у стандартних класах ВТГС У_ей0 та V_e1 слід обчислювати як функцію висоти, з використанням таких рівнянь,

Ve_S0(z) = 1,4^_f У , , (10)

■‘■hub у

U_Bl(z)=0,75V_e60(z), (11)

Д^е ^hub ^— висота на рівні маточини ²

Слід допускати короткострокові відхили від середнього напрямку вітру ±15°.

Модуль пориву на висоті маточини /_дівтдля рекурентного періоду А/ років для стандартних класів ВТГС одержують з відношення:

И

(12)

(13)

: is-A - Р / ТГ

1 + 0,1І

Ан

де сд —нормальний відхил згідно з рівнянням (7);

А-) — масштабний параметр турбулентності згідно з рівнянням (9);

D —діаметр ротора;

[і = 4,8 для N = 1 та р - 6,4 для N = 50.

Швидкість вітру визначають для рекурентного періоду в N років за допомогою виразу:

V(z)-0,37 Vg_ubt|f4 sin (Зя Г/7^(1 - cos (2т//7)) для Q<t<T

U(z) для t<Q і t>T ,

де i/(z) визначають з рівняння (6);

Т - 10,5 с для N = 1 та Т = 14,0 с для N = 50.

Наприклад, екстремальний робочий порив з рекурентним періодом в 1 рік, турбулентністю ка­тегорії А, діаметром ротора 42 м, висотою маточини на рівні ЗО м та V_hllb - 25 м/с показано на ри­сунку 2,

Рисунок 2 — Приклад екстремального робочого пориву

(N = 1, категорія A, D = 42 м, z_hljt = ЗО м, = 25 м/с)

Значення параметрів для обох рекурентних періодів вибрано так, щоб одержати ту саму макси­мальну крутизну підіймання.

Місцеві норми будівельної техніки можуть приписувати відхили швидкості вітру або динамічного тиску на висоті, яка дещо відрізняється від тієї, яку одержують із співвідношень, зазначених вище.

Модуль екстремальної зміни напрямку 0_еМдля рекурентного періоду в N років обчислюють з такого співвідношення:

O

(14)

_Bjy(t) = + parctarr -■ ,■ ^CTl — lU 1+0,1 ~

де 0_eW обмежують до інтервалу + 180°;

А, — масштабний параметр турбулентності згідно з рівнянням (9);

D — діаметр ротора;

Р = 4,8 для N = 1 та р = 6,4 для N - 50.

П

(о

ерехідний стан екстремальної зміни напрямку для рекурентного періоду N років 0_W(O одержу­ють зі співвідношень:

для f<0

G

(15)

_w(?) = Jo,5 ©_aW(1 -соз(кҐ/Г)) ДЛЯ 0<t<T

для t>T,

де Т = 6 с — тривалість перехідного стану екстремальної зміни напрямку. Знак слід вибирати так, щоб одержати найбільше навантаження перехідного процесу. Допускають, що в кінці перехідного процесу зміни напрямку напрямок залишиться незмінним. Допускають, що швидкість вітру відпові­дає нормальному вітровому профілю згідно з 6.3.1.2, моделлю нормального вітрового профілю (NWP).

Наприклад, екстремальну зміну напрямку з рекурентним періодом в 50 років, турбулентністю категорії А, діаметром ротора 42 м, висотою на рівні маточини ЗО м та V_hlfc = 25 м/с показано на рисунку 3.

Для проектів ВТГС стандартних класів ВТГС допускають екстремальний когерентний порив значенням У_од =15 м/с.

Ш

(16)

видкість вітру визначають за допомогою співвідношень:

U(z)

V{z,t) = J Hz) + 0,5У_С{1 (1 -cos(jtf/Г))

де T - 10 с — тривалість підвищення та V(z) — швидкість вітру, наведена в 6.3,1.2.

Рисунок 3 — Приклад модуля екстремальної зміни напрямку (W = 50, категорія А, D - 42 м, Z_bL|_b = ЗО м)

ШВИДКІСТЬ Вітру, Vrtut, (м/с)

М

Рисунок 4—Приклад екстремальної зміни напрямку (W = 50, категорія А, D — 42 м, = 30 м, lAub ⁼ 25 м/с)

одель нормального вітрового профілю використовують як визначено у рівнянні (6). Екстре­мальний когерентний порив для У_ЬиЬ = ^{25 Мі}*^с проілюстровано на рисунку 5.

Рисунок 5 — Екстремальний когерентний порив (” 25 м/с) (ECG)

У цьому випадку допускають, що зростання швидкості вітру (описане ECG, див. рисунок 5) відбу­вається одночасно зі зміною напрямку 0_ЙВ, де 0_сд визначають зі співвідношень:

180° для V_hub < 4 м/с