台风对风力发电机组的危害及对策

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1、台风对风力发电机组的危害及对策摘要：随着对环境污染极重的化石能源在人类疯狂开采下逐步枯竭，环境污染带来的负面影响逐渐显现出来，人类的环保意识不断加强，开始重视对可再生能源的利用。伴随新技术新材料的应用，风能已成为目前技术较成熟、最具有规模开发价值的清洁能源。风是一种自然现象，如同其它自然现象，给人类带来福利，也带来灾害。风虽然是取之不尽的丰富能源同时，台风蕴含的巨大能量也会带来严重破坏，其发生频率远高于地震灾害，故其累积损失也高于地震灾害。台风究竟是如何对结构物造成损坏？实在值得我们去探究，所以本文将讨论风力对结构物的影响，并就风的物理特性、设备结构所受风静

2、载荷、动载荷的力学效应及防风结构设计作概略性的探讨。1台风的形成风的形成乃是空气流动的结果，空气流动所形成的动能称为风能，风能是太阳能的一种转化形式。台风实际上是强列的热带气旋，是发生在热带海洋上的强烈、暖性低压天气系统，热带气旋的生成和发展需要巨大的能量，因此它形成于高温、高湿和其它气象条件适宜的热带洋面。据统计，除南大西洋外，全球的热带海洋上都有热带气旋生成。每年到了夏、秋两季，北半球的热带海面，气温常高达27℃以上，大量的海水蒸发到了空中，会发展成一个低气压中心，使周围的冷空气不断流入下方补充空位，形成了个逆时针旋转的空气旋涡；只要气温不下降，这个空气

3、旋涡就会越来强大，最后就成为热带气旋。与温带气旋一样，在北半球热带气旋中的气流绕中心呈逆时针方向旋转，在南半球则相反。2台风的主要特点台风具有强烈上升运动，一边绕自己的中心急速旋转，一边随周围大气向前移动，中心附近最大风力达到12级以上的暖性低压强烈天气系统。直径通常为500—1000公里左右，最大可达2000公里，最小仅160公里。中心气压平均在950毫巴以下，最低可为887毫巴。台风由大风区、暴雨区、风眼三部分构成。生命史可分为生成、成熟和消亡三个阶段。其生命期一般可达一周以上，有的热带气旋在外界环境有利的情况下生命期可超过两周。当热带气旋登陆或北移到较

4、高纬度的海域时，因失去了其赖以生存的高温高湿条件，会很快消亡。袭击我国的是在靠近赤道的西太平洋上生成的台风，经常在5—10月袭击我国，平均每年约6次，其中7—9三个月最多。3台风对风力发电机组的破坏机理有人估算，一个中等强度的台风所释放的能量相当于上百个氢弹释放能量的总和。可想而知，如果不采取有效防范措施，台风蕴涵的巨大自然能量将给风力发电机组带来毁灭性破坏。台风对风力发电机组的破坏机理主要是对设备结构施加静载荷和动载荷叠加效应。3.1台风对设备结构的静载荷效应风压的存在，可由流体力学中的柏努利定理来说明。简单的说就是风速大时风压小，风速小时风压大。因此当风

5、的流动遇到物体而受阻时，风速变小，向风面风压升高，流经结构后在背风面通常产生紊流，使风速局部升高而风压降低对背风面造成吸力（见图一），如此前后相加的效果，就形成了牵引力，对向风面及背风面也各自形成了压力及吸力。压力、吸力或牵引力的大小，与结构物的形状有关（风向与结构的相对角度影响也很大，不同角度时其形状则不同），并与风速的平方成正比，因此一个面积上的总风压可用形状系数、风速平方及面积三者的乘积来表示。台风影响设备时，设备结构所受风压静力与空气密度和风速有关，台风时空气密度很大，风速有时高达70米/秒，因此，如果设备不能降低受风面积，极易超过设计载荷极限，使设

6、备遭到破坏。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

7、，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

8、荷极限，轻则引起部件机械磨损，缩短风力发电机组的寿命