3.2风对设备结构的动载荷动力效应
台风除了施加静载荷外,还施加动载荷,动载荷主要由湍流引起。湍流是指风速、风向及其垂直分量的迅速扰动,或不规律性。湍流在很大程度上取决于环境的粗糙度、地层稳定性和障碍物。在台风的特性与风场内复杂的丘陵地表共同作用下形成湍流团,由于受动量守恒和能量守恒的制约,在湍流区域有较大的气流混合与能量转换活动,给区域内的设备造成破坏。结构受风也会引起与风向垂直的振动。当风速达到某一数值时,结构的背风面即产生方向相反的两组湍流顺风而下,这两组湍流交替产生(见图二),
在产生湍流的一侧,因风速局部提高而压力降低,故对结构体有一吸引力,其主要分力与风向垂直;当另一侧产生湍流时,其吸力方向几乎相反。因此,对设备结构形成周期性激荡,如湍流产生的周期恰好与风力发电机组固有振动周期相近时,设备结构就产生横向的共振,最终导致破坏设备。有的横向振动与某些结构形状有关,矩形断面结构在受风压情形下,如偶尔向横向某一侧运动,其所受风压会增大向该一侧的运动,另一侧向亦然。沿风向的振动通常不是持续周期性的,但是横风向的振动一旦发生,特别是柔性的结构及某些断面形状下一旦有横向的振动就会越振越烈,并接近叶片和塔架的固有频率形成共振,不断给设备施加疲劳载荷,使材料由外及内损伤或失效,最后达到或超过叶片和塔架的设计载荷极限,轻则引起部件机械磨损,缩短风力发电机组的寿命,严重的使叶片损坏及塔架倾倒。总之,台风对风力发电机组的破坏往往是多种因素共同作用的结果,台风的破坏机理还需要进一步观察研究,风力发电机组防台风工作任重道远,需要各学科的交叉研究配合才能做到更好。
4台风对风力发电机组的破坏
4.1台风夹带的细小沙砾造成破坏
叶片表面,轻则影响叶片气动性能,产生噪音,严重的将因此破坏叶片表面强韧性由此降低叶片整体强度;
4.2台风带来的狂风暴雨对输电线路的破坏非常严重,轻则使其出现小故障,重则损坏设备以及导致整个系统崩溃。因不能正常供电使风力发电机组不能执行安全保护程序,给设备带来危害;
4.3目前多数风力发电机组仍是采用构造简单、价格低廉、测量精度差的杯式风速仪和后尾舵式风向仪测量风速风向,并根据它的模拟信号调整风机叶片功角和调整对风情况。台风所蕴含的巨大能量往往把测风装置破坏(如图三),使风力发电机组不能正确偏航避风,给风力发电机组带来很大危害;
4.4台风施加在设备上的静力效应和动力效应共同作用下不断施加疲劳载荷,最后达到或者超过叶片和塔架的设计载荷极限,轻则引起部件机械磨损,缩短风力发电机组的寿命,严重的使叶片损坏及塔架倾覆(如图四)。例如,较早前印度和日本曾有大批风力发电机组在台风袭击下连根倾翻,给风电场造成严重损失。