台风过境全过程大型风力机风荷载特性

摘要

台风结构的复杂性导致当处于不同台风生命周期时风力机的风荷载特性差异巨大,目前针对风力机台风过境全过程风荷载的研究尚属空白.本文在总结国内外台风实测研究成果的基础上,提出了一种针对风力机的台风过境全过程风场模拟方法.以美国可再生能源实验室5 MW风力机为例,系统研究了台风过境全过程大型水平轴风力机的风荷载分布特性.结果 表明,本文搭建的风力机台风过境全过程风场模拟方法可有效重现台风过境时风力机的全过程风荷载特征.台风眼壁干扰阶段的风力显著大于其它台风过境阶段,需要注意的是,台风眼过后的后眼壁阶段的台风影响仍然十分显著,叶片和塔架的弯矩极值分别达到前眼壁阶段的92.83％和93.97％.此外,研究发现台风外围干扰阶段(前后)和台风眼影响阶段的塔筒底部以纵向弯矩为主,而眼壁干扰阶段存在横风向弯矩占据主导地位的情况,大型风力机抗台风设计的关注点应与正常停机工况区别对待.本文研究结论可为进一步研究大型风力机抗强台风设计提供数据输入和参考依据.