Страница 6: ДСТУ IEC 61400-1-2001. Системи турбогенераторні вітряні. Частина 1. Вимоги безпеки (61176)

DLC — проектний вид навантаження

ECD — екстремальний когерентний порив зі зміною напрямку (див. 6.3.2.5)

ECG — екстремальний когерентний порив (див. 6.3.2.4)

EDC — екстремальна зміна напрямку (див. 6.3,2.3)

EOG — екстремальний робочий порив (див. 6.3.2.2)

EWM — модель екстремальної швидкості вітру (див. 6.3.2.1)

EWS — екстремальний вітровий відхил (див. 6.3.2.6)

Індекси — рекурентний період, років

NTM —модель нормальної турбулентності (див. 6.3.1.3)

NWP —модель нормального вітрового профілю (див. 6.3.1.2)

F втома

U — граничний

N — нормальний та екстремальний

А — аномальний

Т — транспортування та монтаж

* — коефіцієнт часткової безпеки для втоми (див. 7.6.3)

У цій проектній ситуації ВТГС працює та приєднана до електричного навантаження. Допустима конфігурація ВТГС має враховувати нестійкість ротора. У проектних розрахунках слід використову­вати максимальну масу та аеродинамічну нестійкість (наприклад, кут нахилу лопаті та відхил виги­ну), зазначені для вироблення ротора.

Крім того, під час аналізу робочих навантажень слід враховувати відхили від теоретичного оптімуму робочих ситуацій, таких, як зміщення осей никання та похибки стеження системи керування.

У розрахунках треба приймати найгіршу комбінацію умов, наприклад, зміну напрямку зі зміщенням осей характерного никання (DLC 1.8) або порив з втратою електричного зв’язку (DLC 1.5).

Види проектного навантаження DLC 1.1 та 1.2 містять вимоги до навантажень, які з'являються в результаті атмосферної турбулентності. DLC 1.3 та 1.6—1.9 наводять перехідні види, які виділе­но як потенційно критичні події в терміні служби ВТГС. У DLC 1.4 та 1.5 розглянуто перехідні події через зовнішні навантаження та втрату електричного навантаження.

Слід взяти до уваги, що під час вироблення енергії може статись будь-яке пошкодження в си­стемі керування або захисту, або внутрішнє коротке замикання в електричній системі, суттєве для навантаження ВТГС (зокрема, коротке замикання генератора).

У разі DLC 2.1 треба проаналізувати випадок пошкодження в системі керування, який розгля­дають як нормальну подію. У разі DLC 2.2 треба проаналізувати випадок пошкодження в системі захисту або у внутрішній електричній системі, що розглядають як рідкісні події. Якщо пошкодження не зумовлено безпосередньо зупинкою і внаслідок цього навантаження може призвести до суттєво­го руйнування від втоми, слід оцінити в DLC 2.3 ймовірну тривалість цієї ситуації.

Ця проектна ситуація містить усі події, які мають своїм результатом навантаження на ВТГС протягом переходів від будь-якої ситуації стоянки або холостого ходу до вироблення енергії.

Ця проектна ситуація містить усі події, які мають своїм результатом навантаження на ВТГС під час нормальних перехідних ситуацій, від ситуації вироблення енергії до стоянки або умов холостого ходу.

Слід розглянути навантаження, які зростають через аварійне зупинення.

Ротор зупиненої вітряної турбіни, який може бути в умовах або стоянки, або холостого ходу, слід розглядати в умовах екстремальної швидкості вітру. Якщо в деяких компонентах можуть з'явитися суттєві пошкодження від утоми (наприклад, від ваги лопатей у режимі холостого ходу), слід розгля­нути очікувану кількість годин, коли енергія не виробляється, за кожної відповідної швидкості вітру. Треба враховувати ефект від втрати з'єднання з електромережею на зупиненій турбіні.

Відхилення від нормальної поведінки зупиненої ВТГС внаслідок коротких замикань в електричній мережі вимагають аналізу. Якщо будь-яке пошкодження, яке відрізняється від втрати з'єднання з електромережею, спричинює відхилення від нормальної поведінки ВТГС у ситуаціях зупинення, то слід проаналізувати можливі наслідки. Аварійні умови слід об’єднати в моделі екстремальної швид­кості вітру (EWM) з рекурентним періодом один рік.

Виробник має встановити всі вітрові умови та проектні ситуації, допустимі під час транспорту­вання. складання, технічного обслуговування та ремонту ВТГС. Максимальні прийняті вітрові умови слід розглянути в проекті, якщо вони можуть призвести до суттєвого навантаження на ВТГС.

Для кожного виду проектного навантаження слід враховувати навантаження, описані а пунктах із 7.3.1 по 7.3.4. За необхідності також слід врахувати:

• викривлення вітрового поля через саму ВТГС (супутній струмінь, індукований вектором швид­кості, тінь опори тощо);

• вплив тривимірного потоку на аеродинамічні характеристики лопаті (наприклад, тривимір­ний зрив потоку та аеродинамічні кінцеві втрати);

• мінливі аеродинамічні ефекти;

• динаміка конструкції та зв'язок вібраційних режимів;

• ефекти аеропружності;

• поведінка системи керування та захисту ВТГС.

Коефіцієнти часткової безпеки залежать від невизначеності та непостійності в навантаженнях та матеріалах, невизначеності в методах аналізу та від важливості структурних компонентів, які відпо­відають за наслідки від несправності.

Щоб прийняти безпечні проектні значення для навантажень та матеріалів, невизначеність та непостійність у навантаженнях та матеріалах охоплюють коефіцієнтами часткової безпеки для на­вантажень та матеріалів, визначеними у (21) та (22).

= Yf ^Fk, (21)

де F_d — проектне значення для навантаження;

y_f — коефіцієнт часткової безпеки для навантаження;

F_k — характеристичне значення для навантаження. У цьому стандарті альтернативний термін «характерне значення» використано у тих випадках, де характеристичне значення важко оцінити статистично.

^ = 7"^’ (22)

їт

де — проектне значення для матеріалу;

у_т — коефіцієнт часткової безпеки для матеріалу;

• характеристичне значення властивостей матеріалу.

• цьому стандарті вважають, що коефіцієнти часткової безпеки для навантажень враховують: — ймовірність несприятливих відхилів навантаження від характеристичного значення;

• невизначеність у моделі навантаження.

У цьому стандарті вважають, що коефіцієнти часткової безпеки для матеріалів враховують:

• ймовірність несприятливих відхилів границі міцності матеріалу від характеристичного зна­чення;

• можливе неточне оцінювання стійкості секцій або здатності частин конструкції витримувати навантаження;

• невизначеність у геометричних параметрах;

• невизначеність зв'язку між властивостями матеріалу в конструкції та їхніми показниками, виміряними під час випробування контрольних зразків, тобто невизначеність у перетворенні.

Ці різноманітні невизначеності іноді враховують через середні значення, are в цьому стандарті, як і в більшості інших, коефіцієнти, пов'язані з навантаженням, об'єднано в один коефіцієнт у₍, а коефіцієнти, пов'язані з матеріалом, — в один коефіцієнт у_т. Коефіцієнт наслідків пошкодження введено для визначення відмінностей між такими класами:

Клас компонентів 1: використовують для «безпечних» компонентів конструкції, пошкодження яких не призводить до пошкодження основної частини ВТГС;

Клас компонентів 2: використовують для «небезпечних» компонентів конструкції, пошкодження яких негайно призводить до пошкодження основної частини ВТГС.

Для аналізу крайніх граничних станів ВТГС, якщо це необхідно, слід виконати такі відповідні чотири аналізи.

• аналіз граничної міцності {див. 7.6.2);

• аналіз руйнування від утоми (див. 7.6.3);

• аналіз стійкості (перевертання тощо) (див. 7.6.4);

• аналіз критичних відхилів (механічні, взаємні перешкоди лопатей та опори тощо) (див. 7.6.5).

Загальним рівнянням для неперевищення крайнього граничного стану є:

_Yn S(F_d)<fl(r_d). (23)

Кожний тип аналізу вимагає застосування різних аналітичних виразів функцій навантаження, опору, S та R, пов'язаних з різними джерелами невизначеностей через використання коефіцієнтів безпеки.

Для визначення структурної цілісності елементів ВТГС можна використовувати національні та міжнародні проектні норми для відповідних матеріалів, Особливу увагу слід приділити тоді, коли коефіцієнти часткової безпеки з національних та міжнародних проектних норм використовують ра­зом з коефіцієнтами часткової безпеки з цього стандарту. Необхідно переконатись, що рівень без­пеки в результаті не буде менший ніж рівень безпеки, заданий у цьому стандарті.

Різні норми розділяють коефіцієнти часткової безпеки для матеріалів у_т на декілька фізичних коефіцієнтів, які враховують окремі типи невизначеності, наприклад, природну мінливість міцності матеріалу, ступінь керування виробництвом або метод виробництва. Фізичні коефіцієнти, наведені в цьому стандарті, відповідають так званим «загальним коефіцієнтам часткової безпеки для мате­ріалів», які враховують природну мінливість параметрів міцності. Якщо в нормах наведено коефі­цієнти часткової безпеки або використано коефіцієнти зниження до характеристичних значень для розрахування інших невизначеностей, то їх також треба врахувати.

Індивідуальні норми можуть вибирати різний розклад на множники коефіцієнтів часткової без­пеки для перевірки частин проекту, що стосуються навантаження та матеріалів. Заданий тут поділ коефіцієнтів визначено в ISO 2394. Якщо поділ коефіцієнтів у правилах вибору відрізняється від заданого в ISO 2394, потрібне узгодження правил вибору слід враховувати під час перевірки згідно з цим стандартом.

Опір R загалом пов'язано з максимально допустимим проектним значенням опору матеріалу, отже R(f_d) = f_d, тоді як функцію S для аналізу граничної міцності загалом визначають як найвищу величину чутливості конструкції в умовах напруженого стану. Для множинних одночасних наванта­жень рівняння стає:

SfYfiFkvnYinFkp)^——-4 . (24)

ЇПҐі ' Уп

Там, де навантаження з різних джерел можна оцінити окремо, коефіцієнти навантаження повинні мати, щонайменше, значення, наведені в таблиці 3.

Таблиця 3— Коефіцієнти часткової безпеки для навантажень Yf

* У випадку, коли масу не визначають зважуванням.

У багатьох випадках, особливо коли змінюване навантаження призводить до динамічних наван­тажувальних ефектів, навантаження від різних джерел не можна оцінювати окремо. У цих випадках коефіцієнти часткової безпеки для навантаження треба брати з таблиці 3 як найвищі коефіцієнти часткової безпеки для навантажень у відповідній проектній ситуації.

Як альтернативу обчислення тиску та рівнодійових сил тиску можна виконати поєднанням на­вантажень, які відповідають характерним або характеристичним значенням. Систематичні зміни невизначених параметрів в основних рівняннях слід зробити так, щоб підтримувати рівень безпеки, посереднім чином визначений через коефіцієнти часткової безпеки для навантажень у таблиці з.

Коефіцієнти часткової безпеки для матеріалів слід визначати залежно від адекватності наяв­них даних випробування властивостей матеріалу. Значення загальних коефіцієнтів часткової безпеки для матеріалів, враховуючи природну мінливість параметрів міцності, мають бути не меншими ніж 1,1, якщо їх застосовано для характерних властивостей матеріалу за 95 % ймовірності виживання р з 95 % довірчою границею. Якщо характерні властивості матеріалу одержано для інших ймовірнос­тей виживання р (але з 95 % довірчою границею) та/або коефіцієнтом зміни S від 10 % і вище, відпо­відний загальний коефіцієнт треба брати з таблиці 4. Для одержання глобальних коефіцієнтів час­ткової безпеки для матеріалів з цього загального коефіцієнта необхідно врахувати для масштабних результатів зменшення допусків через зовнішні впливи, тобто ультрафіолетове випромінювання, вологість та дефекти, які не можна виявити стандартним способом.