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2024年3月10日发(作者：杨戬人物关系图)
低温型风力发电机组
设计及认证要求
在我国风资源比较富集的内蒙、东北和西北地区属于
低温对气动特性的影响。低温下由于空气的密度增
大，会引起机组空气动力学性能的变化，直接影响机组的
载荷。因此在进行机组设计时应考虑对空气密度进行相应
的修正。
高寒地区．常年最低气温可达－４０。Ｃ，而且冬季时间漫长．
低温时间长达４～６个月。因此，低温是这些地方的风场
所面临的一个共同问题 这也给认证工作带来很大难度．
需要在认证工作中引起特别注意。
同时由于低温容易造成降雪和结冰，而叶片上如果堆
积大量的雪或者结冰则会引起叶片的翼型发生改变．导致
目低温对机组的影响
目前国际上尚无统一、成熟的低温型风力发电机组设
计标准。大多数安装在低温地区的风力发电机组是在其常
其气动特性发生变化．影响机组的载荷和功率。图１给出
了一台机组遭受冰雪覆盖的情况。因此在设计时如果没有
在机组叶片或相关部位配备适当的加热用以消除冰雪造成
的变化，则在进行载荷设计时必须考虑冰雪覆盖后造成的
气动特性的变化。
温型风力发电机组的设计上采取一些专项的技术改进措
施，以期能确保机组的正常安全运行。这些改进措施从某
种程度上说起到了一定的作用．但要达到预期的要求还需
机组在极端低温时的功率输出可以表示为：
／
＝
ｒ ＼
要进行更多富于挑战性的工作。低温对机组的影响主要有
以下几个方面。
Ｉ１一 ，（ｆ ｌ
＼ 一 ／
其中Ｅ 为低温时的功率输出 Ｅ 为功率输出；Ｔ是风
２０１２．５ ＣＨＩＮＡＳＨＩＰ ＳＵＲＶＥＹ中国船检 ７５
Ｓｈ ｒｖｅｙ Ｃｅ ｔｉｆ《 ａｔ
陆上检验与认 证
机的低温限制温度；ｆ（ｔ）是空气温度的概率密度分布函数。
如果没有ｆ．则可以假定为正常分布。在计算功率输出时一
定要注意风速和温度的关系。
ｍ聃
一， －＿一一
Ｉ
Ｉ
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●
５柚℃同
／
同样，当叶片结冰时会降低其升力增加阻力．导致功
率输出的降低。降低功率的多少取决于冰的数量。计算降
低的功率输出需要考虑风速、冰聚集的周期、冰的周期和
主
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数量．温度和冰对风机的影响。及时知道这些参数的相互
关系是非常必要的。通常采用时域计算。
许多参数难以获得，因此初始计算可以参考表１进行。
删．
图２低温对冲击韧性的影响
曲线上的数字为断口的韧性面积百分数）
表１结冰频率与年功率损失对应表
低温对零部件影响。当外界温度降低时．对于零部件
【叠结冰的频率 （天／年）ｌｌｌ一 ｌｌｌ｜ｌ０ 筇功率授失。０
＜１
来说．首先需要考虑的是其结构是否完好．这就需要考虑
制造零部件的材质能否承受该低温条件．其次需要考虑的
忽略
１～１Ｏ
１０～３０
３０～６Ｏ
很小
５～１ ５％
１ ５～２５％
＞２５％
是零部件能否正常工作，这就需要考虑工作介质．以及润
滑油润滑脂在低温下能否保持正常工作，第三需要考虑的
是如果能工作，工作状态是否发现改变 这就需要考虑如
轴承等在低温下的阻尼变化．以及螺栓连接副等由于温度
应力而导致的预应力变化。
６０
低温对材料的影响。由于温度对材料的弹性模量、强
度和冲击韧性都有很大影响．当温度降低时．一般材料的
弹性模量会升高而冲击韧性会降低，当弹性模量改变时
结构的应力会重新分配，导致各部分的应力会发生变化．
由于材料的强度和；中击韧性也随温度发生变化，因此会出
对于各零部件，在低温下 具体应考虑如下内容：
１ 叶片
由于叶片承受很大的气动载荷，风力风电机组的载荷
主要来源于叶片 因此对于叶片来说，在低温环境下，首
先需要考虑温度对叶片材料性能的影响。叶片由玻璃钢材
现随温度的变化某些受力部位出现失效的情况。图２给 ： 料制造而成
而且叶片的铺层很复杂。玻璃钢材料本来就
出了低温对冲击韧 陛的影响。
是由两种材料复合而成，再加上铺层工艺的复杂性．导致
，
叶片会包含各种各样的缺陷．当温度降低时，叶片材料如
果冲击韧性降的过低．势必会导致叶片在；中击载荷下极易
发生破坏。
２
、
轴承
对于轴承，其材质首先能够承受低温．其次．由于轴承
的主要作用是支撑回转件，因此能否良好润滑．决定了轴
承能否正常工作．这就要求轴承使用的润滑油或润滑脂能
够在低温下具有良好的润滑性能。而由于温度降低．润滑
油或润滑脂的粘度必然增大 这就导致轴承在旋转过中的
阻尼力增大。
３
、
液压系统
图１冰雪覆盖机组
液压系统在低温下，液压油能保证正常流动，这样才
７６ 中国船检ＣＨＩＮＡ ＳＨＩＰ ＳＵＲＶＥＹ ２０１２．５
能保证液压系统能正常工作。另外，由于液压油粘性增大
导致的各器件度粘度太高 液压油流过管路与元件通道时
流动阻力加大，使功率损耗增加。
４
、
螺栓连接
风机结构中使用了大量的螺栓连接，螺栓连接牢靠
的一个重要保证是施加合适的预紧力，当温度降低时
如果被连接的两个零件以及螺栓之间的热胀系数不一
样．那么将会产生温度应力，而温度应力会对预紧力产
生影响。
５
、
２
３
、
加强对风速仪、风向计的加热装置的监控。
、
加强对各部件加热器的运行监控以及过热保护的
电器设备
执行。
４
、
电器设备一般可以随着环境温度的降低适当的增加
冷启动程序的设计：在此设计中须根据各部件的
负荷，但是当温度过低时则会对设备材质的强度和冲击
韧度造成一定的影响，从而导致设备的性能降低．寿命
缩短。例如，低温时电缆的绝缘表皮会随着变硬，绝缘
设计要求确定各部件的运行启动时间、加热方式以及温度
控制．从而确定机组从低于运行温度到启动开始运行以及
运行带载到满负荷所需要的时间。
能力下降等。
蜀
机组设计需采取的措施
认证要求
综上所述，在申请低温型风力发电机组认证时，针对
低温材料的选取。考虑到上述低温环境对风力发电机
组的影响 除了在载荷计算时考虑相应的修正系数外．对
于塔架、轮毂、叶片、主轴、轴承、机舱罩等部件的材料
也应该选择与机组设计温度范围相对应的。例如．设计运
低温部分应提交能够表明下述内容的技术文件：
１ 总体说明中机组的温度范围及机组所用到的温度
的定义和详细描述。
２ 各工况下考虑极端温度的极限载荷的计算以及考
虑到覆冰的疲劳载荷的计算。
３ 机组零部件的低温性能。
４
、
行温度范围为一２０。Ｃ～＋４０。Ｃ的机组在塔架设计时应至少
选用Ｑ３４５Ｄ以上的钢材制作。
加热的配置。除了考虑低温材料的选取外 对于某些
部件要保证在低温时能够正常工作还必须配备相应的加热
装置。这些部件主要包括：机舱内部、各控制柜和电源
机组加热系统的设计计算和布置说明。
５ 机组冷启动过程的描述，包括各部件和控制系统。
６
、
环境温度超出运行温度范围时．机组运行控制的
柜、发电机、变流器、变压器、偏航电机、风速计和风向
仪等。在进行加热设计时应考虑各部件所加热的部分与加
热方式．以及加热时达到的升温幅度．由此来确定被加热
描述。
７
８
、
、
机组控制系统状态转换时的温度要求。
与低温相关的安全策略和安全系统的图表和说明。
所用到的各温度的测量点、传感器和测量装置的
部件与工作介质（如润滑系统）的加热效果。
由于配备了加热装置．则必须考虑相应的温度测量以
９
、
描述。
及过热保护，以确保部件加热能够在设计的温度范围内且
不会引起故障发生。
控制和安全保护系统。考虑到低温对材料的影响、对
部件的影响以及由此采取的各项措施，控制和安全保护系
统在低温机型中应该补充考虑如下因素：
１
、
低温型风力发电机组在设计时应首先确定机组将要承
受的低温范围．继而分析此温度对气动载荷的影响以及机
组各零部件应该采取的相关措施，然后加以实施。同样．
低温型风力发电机组在进行设计认证时也应该在常温型机
组的基础上重点审核其采取的低温保护措施及低温气动载
荷影响。
增加由于加热和温度测量造成的故障分析。
２０１ ２．５ ＣＨＩＮＡ ＳＨＩＰ ＳＵＲＶＥＹ中国船检 ７７
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