---

®cg( "

720° м/с
Чіий

для 4 м/с £ H,_ub S V_rek

(17)

для /<0 для 0< ! < Т для і>Т,

(18)

Швидкість вітру, (м/с)

Рисунок 6 — Зміна напрямку для ECD

Час, ((c)

Рисунок 7 — Часовий розвиток зміни напрямку для = 25 м/с

Потім провадять одночасну зміну напрямку:

0°

0(f) = < ±0,5 0_cg(1-cos(jrf/T))

+0

(~"cg

де Т -10 с — час зростання.

Необхідно використати модель нормального вітрового профілю, як зазначено в рівнянні (6).

Зміну напрямку 0_сд як функцію V_bub та як функцію часу для V_hub ⁼ 25 м/с показано на рисунках 6 та 7, відповідно

.

Екстремальний вітровий відхил з рекурентним періодом 50 років слід обчислювати з викорис­танням таких двох перехідних станів швидкості вітру:

— для вертикального відхипу в перехідному стані

і/ T

ЧіііЬ і ■ i^bub )

2,5+0,2

І

2лґ

для 0<і<Т

(19)

для f<:0 і і>Т,

— для горизонтального відхилу в перехідному стані

У(у,дО =

( z Y Гу4 ҐОЇ Y (2п

МтЧ ⁺^'І2'^{5 + 0}-2 “Я 1-cos^i

_ HhubJ Д ^T ))

Ґ Z

4J _? -

^hub )

для 0 < t< T

для t<0 і t>T,

(20)

де a = 0,2; [J = 6,4; Г - 12 c;

Af — масштабний параметр турбулентності згідно з рівнянням (9); D —діаметр ротора.

Швидкість вітру, V (z, Г)(м/с)

для t - Т12

д_ЛЯ ( = о.

Рисунок 8 — Екстремальний вертикальний вітровий відХил, вітровий профіль до екстремальної події (і = 0, пунктирна лінія) та за максимального відхилу (і=6с, безперервна лінія) (W = 50, категорія турбулентності А, Zfnjb ~ 30 м, i/_hub = 25 м/с, D = 42 м)

— верх ротора, низ ротора

Рисунок 9 — Швидкість вітру відповідно наверху та внизу ротора (ілюструє розвиток вітрового відхилу за часом події (допущення як на рисунку 8)

Час, ! (с)

Знак для перехідного стану горизонтального вітрового відхилу слід вибирати так, щоб одержа­ти найбільше перехідне навантаження. Два екстремальних вітрових відхили розглядають незалеж­но один від одного та, більше того, не застосовують одночасно. Наприклад, 50-річний екстремаль­ний вертикальний вітровий відхил, який наведено на рисунку 8, де показано вітрові профілі до ек­стремальної події (t = 0 с) та за максимального відхилу (f = 6 с), та на рисунку 9, де показано швид­кість вітру на верхівці та внизу ротора для ілюстрації часового розвитку відхилу. На обох рисунках прийнято, що категорія турбулентності A, V_hlJb = 25 m/g, z_bub ⁼ ЗО м, діаметр ротора D = 42 м).

6.4 Інші умови довкілля

Інші, не вітрові, умови довкілля (кліматичні) можуть впливати на цілісність та безпеку ВТГС через термічні, фотохімічні, корозійні, механічні, електричні або інші фізичні впливи. Більше того, комбі­нації даних кліматичних параметрів можуть підсилити їхній ефект.

Щонайменше, необхідно брати до уваги та відображати в проектній документації інші умови довкілля, а саме:

• температуру;

• вологість;

• густину повітря;

• сонячне випромінення;

• дощ, град, сніг та кріигу;

• хімічні активні речовини;

• механічні активні частки;

• блискавки;

• землетруси;

• солоність.

Умови довкілля в офшорних зонах вимагають спеціального додаткового розгляду.

Кліматичні умови для проекту слід визначати в термінах характерних величин або через гра­ниці змінюваних умов. Вибираючи проектні величини, необхідно враховувати ймовірність одночас­ного виникнення кліматичних умов.

Зміни кліматичних умов у межах нормальних границь, які відповідають періоду в один попе­редній рік, мають не перешкоджати спроектованій нормальній роботі ВТГС.

Якщо нема кореляції, то інші екстремальні умови довкілля згідно з 6.4.2 треба комбінувати з нормальними вітровими умовами згідно з 6.3.1.

Значеннями інших нормальних умов, які необхідно враховувати, є;

• діапазон температур довкілля для нормальної роботи системи від мінус 10 °С до плюс 40 °С;

• відносна вологість до 95 %;

• атмосферний вміст, еквівалентний вмісту незабрудненої материкової атмосфери (див. ІЕС 60721-2-1);

• інтенсивність сонячного випромінення 1000 Вт/м^г;

• густина повітря 1,225 кг/м³.

Якщо параметри додаткових зовнішніх умов зазначає проектувальник, то ці параметри та їхні значення слід установили в проектній документації і вони мають задовольняти вимоги ІЕС 60721 -2-1.

Іншими екстремальними умовами довкілля, які слід розглянути в проекті ВТГС, с температу­ра, блискавки, обледеніння та землетруси.

Проектні значення для екстремального температурного діапазону для стандартних класів ВТГС, щонайменше, мають бути від мінус 20 °С до плюс 50 °С.

Є.4.2.2 Блискавки

Забезпечення захисту від блискавки, яке вимагають в 10.6, можна розглядати як таке, що відпо­відає вимогам для вітряних турбін стандартних класів ВТГС.

Для стандартних класів ВТГС не наведено мінімальні вимоги відносно обледеніння.

Для стандартних класів ВТГС не наведено вимоги щодо землетрусів.

6.5 Умови електричної мережі

Нижче перелічено нормальні умови на затискачах ВТГС, які слід розглянути в проекті.

Нормальні умови електричної мережі застосовують тоді, коли наведені нижче параметри пе­ребувають у межах, установлених нижче діапазонів, а саме;

• Напруга

Номінальне значення ± 10 %;

• Частота

Номінальне значення ± 2 %;

• Нестійкість напруги

Відношення складника зворотної послідовності напруги до складника прямої послідовності не більше 2 %;

• Перерва в подаванні енергії

Допускають перерви в подаванні енергії від електричної мережі 20 разів на рік. Максимальна тривалість перерви, на яку слід спроектувати турбіну, має бути не менше одного тижня.

7 КОНСТРУКТОРСЬКИЙ ПРОЕКТ

Конструкторський проект вітряної турбіни слід ґрунтувати на контролі структурної цілісності компонентів, які несуть навантаження. Напругу втоми та граничну напругу елементів конструкції слід перевірити розрахуванням та/або випробуванням, щоб показати структурну цілісність ВТГС з відпо­відним рівнем безпеки.

Аналїз тонструкп'ї має ґрунтуватись на (ЗО 2394.

Прийнятний рівень безпеки слід установити та перевірити розрахуванням та/або випробуван­ням, щоб показати, що проектне навантаження не перевищує проектну стійкість.

Розрахунки слід виконувати із застосуванням відповідних методів. Опис методів розрахування слід навести у проектній документації. Опис має містити а собі підтвердження обґрунтованості цих методів розрахування або посилання на них для відповідних контрольних досліджень. Рівень наван­таження під час будь-яких випробувань має відображати коефіцієнти безпеки у відповідних розра­хунках.

Необхідно підтвердити те, що граничні стани не перевищено для даного проекту вітряної тур­біни. Випробування моделі та випробування дослідних зразків також можна використовувати як за­міну в розрахуванні для контролю проекту конструкції, як це показано в ISO 2394 ¹.

Для проектних розрахунків необхідно розглянути навантаження, описані в пунктах з 7.3.1 до 7.3.4 включно.

Інерційними та гравітаційними навантаженнями є статичні та динамічні навантаження, які діють на ВТГС внаслідок вібрації, обертання, гравітації та сейсмічної активності.

Аеродинамічні навантаження є статичними та динамічними навантаженнями, які зумовлено потоком повітря та його взаємодією із стаціонарними та рухомими частинами ВТГС.

Потік повітря залежить від швидкості обертання ротора, середньої швидкості вітру через пло­щину ротора, турбулентності, густини повітря та аеродинамічних профілів компонентів вітряної тур­біни та результатів їх взаємодії, включаючи аероеластичні ефекти.

Робочі навантаження — це результат роботи та керування ВТҐС. їх зазначають в окремих ка­тегоріях. Це керування швидкістю ротора, зокрема керування обертовим моментом за допомогою зміни кута нахилу лопатей або інших аеродинамічних пристроїв. Вони містять механічні гальма системи приводів та перехідні навантаження, спричинені зупинкою або запуском ротора, включенням або відключенням генератора та навантаження никання.

Можуть бути інші види навантаження, за необхідності їх слід розглянути, зокрема хвильове навантаження, навантаження супутнього струменя, ударне навантаження, крижане навантаження тощо (див. розділ 11).

Цей підрозділ описує структуру видів проектних навантажень ВТГС і встановлює їх мінімальну кількість для розгляду.

Для проектних цілей строк служби ВТГС можна представити сукупністю проектних ситуацій, які охоплюють найважливіші умови, за яких можна експлуатувати ВТГС.

Види навантаження слід визначити з комбінацій особливих режимів складання, монтажу, техніч­ного обслуговування та робочих або проектних ситуацій із зовнішніми умовами,

Усі відповідні види навантаження з допустимою ймовірністю виявлення спід розглянути разам з реакцією систем керування та захисту.

Взагалі, проектні види навантаження, використаного для визначення структурної цілісності ВТГС, можна обчислювати з таких комбінацій:

• нормальні проектні ситуації та нормальні зовнішні умови;

• нормальні проектні ситуації та екстремальні зовнішні умови;

• аварійні проектні ситуації та відповідні зовнішні умови;

• проектні ситуації транспортування, установлення й технічного обслуговування та відповідні зовнішні умови.

Якщо існує будь-який зв'язок між екстремальними зовнішніми умовами та аварійною ситуацією, їхню реальну комбінацію слід розглянути як вид проектного навантаження.

Для кожної проектної ситуації необхідно розглянути декілька видів проектного навантаження для підтвердження структурної цілісності компонентів ВТГС. Щонайменше, треба розглянути види про­ектного навантаження з таблиці 2. У цій таблиці наведено види проектного навантаження для кож­ної проектної ситуації через описування вітрових, електричних та інших зовнішніх умов.

Інші види проектного навантаження, які стосуються безпеки, слід розглянути, якщо цього ви­магає спеціальний проект ВТГС.

Для кожної проектної ситуації відповідний тип аналізу позначено літерами «Е» та «О» в таб­лиці 2. «Е» стосується аналізу навантажень утоми, який використовують для оцінювання напруги втоми. «К» стосується аналізу критичних навантажень, таких, наприклад, як аналіз перевищення мак­симальної міцності матеріалу, аналіз відхилення верхівки та аналіз стійкості.

Проектні ситуації, позначені літерою «II», класифікують як нормальні (N), аномальні (А) або транспортні та монтажні (Т). Очікують, що нормальні проектні ситуації часто трапляються протягом строку служби турбіни. Турбіна перебуває в нормальному стані або її можна експлуатувати з незнач­ними несправностями чи аномаліями. Ймовірність аномальних проектний ситуацій менша, Вони, заз­вичай, пов'язані з проектними ситуаціями із суттєвішими несправностями, зокрема, пошкодженням системи захисту. Тип проектної ситуації, N, А або Т, визначає коефіцієнт часткової безпеки для застосування в критичних навантаженнях. Ці коефіцієнти наведено в таблицях 3 та 4 в 7.6.

Якщо діапазон швидкості вітру наведено в таблиці 2, тоді треба розглянути швидкість вітру, яка призводить до найнесприятливіших для проекту турбіни умов. Діапазон можна поділити на ряд бінів, відповідна частина строку служби ВТГС відводиться для кожного біна. У визначенні видів про­ектного навантаження зроблено посилання на вітрові умови, описані в розділі 6

.

Таблиця 2 —Види проектних навантажень