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《風(fēng)機(jī)葉片在臺(tái)風(fēng)中結(jié)構(gòu)破壞的分析》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、風(fēng)機(jī)葉片在臺(tái)風(fēng)中結(jié)構(gòu)破壞的分析來(lái)源：中國(guó)風(fēng)能協(xié)會(huì)時(shí)間:2007-5-315:40:08?0引言事故分析是一個(gè)極為有價(jià)值的工程實(shí)踐活動(dòng)，無(wú)論是在產(chǎn)品/部件的設(shè)計(jì)過程中，還是在事故發(fā)生后，都是如此。作為對(duì)產(chǎn)品/部件進(jìn)行堅(jiān)固性的設(shè)計(jì)工具，“失效模態(tài)及其影響力分析”（簡(jiǎn)稱FMEA）是保證項(xiàng)目開發(fā)和產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)強(qiáng)有力工具，因此這種分析手段正被廣泛地應(yīng)用于當(dāng)今的制造業(yè)中，事實(shí)上，F(xiàn)MEA分析過程遵循了美國(guó)質(zhì)量管理先導(dǎo)者戴明先生所指出的一套極為有效的路徑：即計(jì)劃—行動(dòng)—核實(shí)—具體實(shí)施—再計(jì)劃—再行動(dòng)??。這是一個(gè)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)計(jì)不斷認(rèn)識(shí)和改進(jìn)的循環(huán)（或稱之為PDC
2、A循環(huán)）。它最早在50年代用于航空業(yè)，其后60年代又被NASA（美國(guó)航天宇航局）采用，直到80年代被用于汽車工業(yè)當(dāng)中。這里所采用的FMEA（逆向）將給我們對(duì)發(fā)生在中國(guó)汕尾紅海灣風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)失效性分析提供一個(gè)指導(dǎo)性路徑。其間該風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)機(jī)經(jīng)受了2003年臺(tái)風(fēng)“杜鵑”的襲擊，造成了9臺(tái)風(fēng)機(jī)葉片損壞。通過這種分析，失效的潛在原因及機(jī)理、失效的影響力、失效的結(jié)果和事實(shí)以及風(fēng)機(jī)葉片整體功能的喪失都得到了相應(yīng)的剖析。1從風(fēng)流邊界層及其特性看破壞的宏觀原因我們知道，流體在流過平板時(shí)靠近平板表面有一個(gè)流體邊界層，同樣的在低海拔范圍內(nèi)，地球表面流動(dòng)的大氣也有類似
3、的效果。這部分低海拔大氣層就稱為“邊界層”。在邊界層中，流體的速度隨邊界層高度的增加而增加。也就是說(shuō)在地球邊界層中，風(fēng)速也隨離地表高度的增加而增加。這類自然現(xiàn)象簡(jiǎn)稱為“風(fēng)切變”。值得指出的是，在下文所提到的大多數(shù)風(fēng)力活動(dòng)均指在地球邊界層當(dāng)中的活動(dòng)，那么丘陵與山脈等就成這邊界層的表面“粗糙度”了。地球邊界層的特性對(duì)認(rèn)識(shí)風(fēng)機(jī)所遇到的湍流現(xiàn)象是很有幫助的。相比于風(fēng)力的旬周期和日周期變化，那么風(fēng)的湍流則指的是風(fēng)在相對(duì)短的時(shí)間中其速度的波動(dòng)變化，通常這種時(shí)間是以分、秒甚至更短來(lái)計(jì)的。在熱帶氣旋情況下，應(yīng)該說(shuō)這種變化的時(shí)間周期小于10秒。也就是說(shuō)在臺(tái)風(fēng)中風(fēng)湍流的變
4、化頻率是很高的。因此，它對(duì)風(fēng)機(jī)葉片有著十分顯著的影響。2003年臺(tái)風(fēng)“杜鵑”中所損壞的一些葉片便證明了這一點(diǎn)。風(fēng)的湍流主要起因于地球表面“粗糙度”及其“摩擦阻力”。湍流過程固然復(fù)雜，人們也不能簡(jiǎn)單地用一個(gè)確定的方程去描述它，但是它們還是遵循一些物理定理的，比如質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒、能量守恒。對(duì)湍流描述的一個(gè)最基本方式是：湍流強(qiáng)度。它是由風(fēng)速變化的標(biāo)準(zhǔn)方差與其平均風(fēng)速相除來(lái)表示的。湍流強(qiáng)度明顯地取決于如上所述的地球表面邊界層的“粗糙度”以及海拔高度等。所處的區(qū)域越“粗糙”，那么湍流強(qiáng)度就越高，所以說(shuō)湍流強(qiáng)度高的地方，其風(fēng)速就相對(duì)低一些，這是受動(dòng)量和能量守恒
5、所制約的。這種情形下湍流區(qū)域有較大的氣流混合與動(dòng)量轉(zhuǎn)換活動(dòng)。有了上述的分析，我們便會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)所處地球邊界層內(nèi)的風(fēng)流環(huán)境特性在遭遇臺(tái)風(fēng)時(shí)有個(gè)基本的判斷，這也是紅海灣風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)葉片受損的外部環(huán)境因素（外因）分析。2風(fēng)機(jī)葉片部件組成邏輯圖：????部件構(gòu)成圖為我們的失效性分析勾畫了一個(gè)清晰的邏輯結(jié)構(gòu)流程，它有助于我們分析和認(rèn)識(shí)蘊(yùn)藏于此結(jié)構(gòu)的失效原因，無(wú)論是局部的還是整體的，如上圖所示，影響葉片整體強(qiáng)度以及振動(dòng)的因素有很多，從主梁到表面蒙皮（即翼殼）的材質(zhì)甚至到粘接材料和制造質(zhì)量等。3葉片的剛性、共振特性、荷載以及疲勞自70年代以來(lái)，大多數(shù)水平軸風(fēng)機(jī)的葉片都是由復(fù)
6、合材料制成的，最常用的復(fù)合材料是預(yù)應(yīng)力玻璃剛塑料（GRP）。從結(jié)構(gòu)上來(lái)講，復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)在于他們有較高的強(qiáng)度—重量或剛度—重量比以及較長(zhǎng)的運(yùn)行壽命等。我們知道，剛性—重量比決定著葉片的固有頻率，同時(shí)剛性強(qiáng)也將極大地影響葉片的形變。具體地講，楊氏彈性模量、結(jié)構(gòu)及部件的設(shè)計(jì)、葉片材料的選用以及制造質(zhì)量都是決定葉片總體剛性的主要因素，通過對(duì)具有特定剛性的葉片的模態(tài)分析，人們可以確定一些主要固有頻率及其形變和振動(dòng)方向束。這種分析又叫振型分析。根據(jù)于午銘先生在其相關(guān)論文中所述，從地形上來(lái)講，九個(gè)所損壞的風(fēng)機(jī)都處在復(fù)雜的丘陵地形區(qū)域中。如上所述，即使是在正常的運(yùn)行
7、情形下，風(fēng)流通過該區(qū)域的時(shí)候都會(huì)產(chǎn)生一些尺度較大的湍渦流，這些湍渦流會(huì)增加風(fēng)流的變化，或者說(shuō)是風(fēng)的湍流強(qiáng)度，因此增加了對(duì)風(fēng)機(jī)主要部件的疲勞程度。所以說(shuō)，處于此地形當(dāng)中的風(fēng)機(jī)將因此經(jīng)受著比平原地區(qū)更為嚴(yán)峻的工況條件。特別是在經(jīng)受熱帶氣旋的時(shí)候。從邊界層的角度來(lái)講，該區(qū)域的“粗糙度”也達(dá)到了較高的量值。當(dāng)風(fēng)流變化的頻率接近風(fēng)機(jī)葉片的固有頻率時(shí)，就會(huì)激起葉片的共振，這對(duì)一個(gè)剛性葉片來(lái)講，就是一個(gè)荷載了，本文把這次熱帶氣旋——臺(tái)風(fēng)“杜鵑”大風(fēng)急湍流變化所帶來(lái)的葉片共振表述為葉片的極端疲勞荷載，這是一個(gè)非運(yùn)行荷載。通過下述對(duì)葉片失效的調(diào)查性分析，我們將會(huì)看到這類
8、荷載對(duì)風(fēng)機(jī)葉片所造成的損害。眾所周知，一些材料可以經(jīng)得起一次較重的荷載，但卻經(jīng)不起重復(fù)施予其上
