风力发电机组主体结构单元的风险辨识

来源 :中国电力教育 | 被引量 : 0次 | 上传用户:z992070002
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要:风力发电机组的主体结构主要由基础、塔筒、机舱和风轮系统组成,本文就风力发电机组主体结构部分进行了风险辨识。研究的内容可为风力发电场的风险管理与控制以及风险评价工作提供一定的参考。
  关键词:风力发电机组;风险辨识;风轮系统;塔架;机舱和底盘
  作者简介:戚作秋(1979-),男,辽宁大连人,辽宁省安全科学研究院,工程师。(辽宁 沈阳 110004)谭东宁(1955-),男,辽宁沈阳人,沈阳万益安全科技有限公司,工程师。(辽宁 沈阳 110015)
  中图分类号:TM315     文献标识码:A     文章编号:1007-0079(2011)24-0113-02
  
  近年来,风力发电产业取得了飞速的发展,风电机组容量日益增加,结构愈加庞大,系统愈加复杂。风力发电场一般设置在荒野、高山、海岛等处,承受日晒雨淋,甚至遭受沙尘和盐雾的腐蚀以及极端天气的影响。因此,风力发电机组在安装、运行、检修和维护时发生人身伤亡和设备事故的可能性很大。按照《企业职工伤亡事故分类》(GB6441-86)对事故类别的划分(该标准根据导致事故的原因、致伤物和伤害方式等,将事故划分为20类),风力发电机组在安装、运行、检修和维护时可能导致人身伤亡事故主要有:物体打击、车辆伤害、机械伤害、起重伤害、高处坠落、触电、淹溺(海上风电场)、灼烫、火灾、中毒及其他伤害。可能发生的设备事故主要有倒塔折塔、叶片断裂、火灾等。
  风力发电机组的外部可见构筑物主要由风轮、机舱、塔架和基础几大部分构成。作为新兴的技术产业,国内外对风力发电机组的外部可见构筑物的风险研究报道较少。本文讨论了风力发电机组的风力系统、塔架、机舱和底盘构筑物的组成与结构,并对这些系统可能存在的风险进行了详细的辨识和分析。本文研究的内容可对风力发电场风险评价工作提供一定的参考。
  一、风轮系统
  1.风轮系统组成
  风力发电机组风轮的作用是把风能转换成风轮旋转的机械能,风轮系统主要由叶片、轮毂及轮毂罩等组成,叶片是风力发电机最为关键的部件,叶片是决定风力发电机的风能效率、安全可靠运行、生产成本和环境保护的关键部件,设计寿命一般大于或等于20年,与轮毂必须采用高强度的螺栓连接,并有防止松动的措施。
  目前世界上绝大多数的叶片都采用复合材料制造,用于叶片制造的主要材料有玻璃纤维增强塑料(GRP)、碳纤维增强塑料(GFRP)、木材、钢和铝等。轮毂可以采用球墨铸铁、铸钢或钢板焊接而成。
  国际和国内对叶片提出了一些相关的技术要求,主要包括:空气动力学、结构及尺寸、材料、环境适应性、安全环保等方面的要求。目前我国风轮技术要求标准主要有:《风力发电机组风轮叶片》(JB/T10194-2000)和《风力发电机组设计要求》(JB/T10300-2001)。
  2.风轮系统风险辨识
  (1)叶片的设计不当、材料选择错误、制造质量低劣、施工过程中损坏等可能导致运行中叶片断裂或破坏。
  (2)叶片、轮毂等出厂及安装前没有进行相应的检验、试验和检查,或经检验、试验和检查不合格仍安装使用,可能造成叶片断裂或破坏。
  (3)强度破坏:叶片、轮毂及连接螺栓的强度不足将造成叶片断裂或脱落事故。
  (4)疲劳破坏:由于叶片承受较大的风载荷,而且是在地球引力场中运行,重力变化相当复杂。以60kW风力发电机组为例,其额定转速大约为27r/min,在20年寿命期间内,大约转动2×108次,叶片由于自重而产生相同次数的弯距变化。如果材料所承受的载荷超过其相应的疲劳极限,他将限制材料的受力次数。当材料出现疲劳失效时,部件就会产生疲劳断裂。
  (5)在叶片内部可能会产生冷凝水,其他水份也可能通过适当的位置进入叶片内部,可能会对叶片造成危害。一般可在叶尖部位打一个小孔,另一个小孔在跟颈部。
  (6)环境条件(如盐雾、雷电、沙尘、辐射、温度、湿度等)对风机叶片可能产生影响。
  1)盐雾:对于在沿海地区运行的风力发电机组,叶片设计时应考虑盐雾对其各部件的腐蚀的影响,并采取相应有效的防腐措施。
  2)雷电:叶片所处位置较高可能遭雷击危害。
  3)沙尘:叶片设计应考虑沙尘的影响,如沙尘对叶片表面的长期冲蚀,对机械转动部位的润滑的影响以及对叶片平衡造成的影响等。
  4)辐射:对复合材料叶片应考虑太阳辐射强度以及紫外线对材料的老化影响。
  5)其他环境条件:叶片结冰、覆雪以及温度湿度等都将对叶片的运行产生影响。
  (7)噪声危害:风轮是产生风机噪声的主要部件之一,风轮产生的噪声主要为空气动力噪声,风轮的噪声与风轮转速直接相关,大型风力发电机组应尽量降低风轮转速,因为当叶尖线速度达到70~80m/s时,会产生很高的噪声。
  (8)振动危害:由于风向及风速等的不确定性及风轮叶片的不平衡等,在风轮旋转过程中将产生振动,若其激振频率处于叶片共振区将产生共振,将直接危及机组的安全运行,甚至导致设备或基础的严重破坏。
  (9)中毒危害:制造、修理叶片中使用的材料,尤其是复合材料,在制造、使用过程中可能会产生一些有害的物质,甚至存在剧毒,在制造、配置、现场运输、施工、使用过程中可能产生大量有害的粉尘和挥发物,造成中毒危害。
  (10)轮毂的密封性不好,将导致渗、漏油,水分、尘埃及其他杂质进入形体内部。
  (11)人为因素造成事故:防止人员向转动的风力发电机叶片扔石子、射弹弓。风力发电机在运转时,叶片的线速度很高,如果向转动的叶片扔石子或射弹弓,石子会以很高的速度反弹回来会伤及他人他物,有时会伤及叶片,甚至将叶片穿孔。
  (12)风力发电机在运转时叶尖的线速度很高,尤其大功率风力发电机叶片扫掠面积较大,飞鸟易于撞在叶片上。当飞鸟撞在转动的叶片上甚至会使叶片弯曲,发生事故。
  二、塔架
  1.塔架结构
  风机塔架按结构材料可分为钢结构塔架和钢筋混凝土塔架。目前多采用钢制塔架,塔架一般在50~100m,直径一般都在3~5m。受运输等条件限制,一般塔架进行分段制作,每段30m左右,重量50t,两段塔架之间采用高强度螺栓连接。塔架是支撑机舱及风力机零部件的机构,承受来自风力机各部件的所有载荷,它不仅要有一定的高度,使风力机处于较为理想的位置上运转,而且还应有足够的强度和刚度,以保证在极端风况条件下,不会使风力机倾倒。塔架强度计算既要进行静强度计算,还要进行动强度分析和疲劳分析。
  风机塔架按结构形式可分为桁架型和圆筒型两种。下风向布置的风机多采用桁架式塔架,它由钢管或角钢焊接而成,其断面呈正方形或多边形。圆筒式塔架有钢板卷制或扎制焊接而成,其形状为上小下大的几段圆筒,圆筒形塔架按结构形式又可分为直圆柱形、阶梯圆柱形和圆锥形三种。
  目前较为普遍的是钢圆筒塔架,圆筒塔架主要由塔筒门、梯子及登梯保护装置及休息平台、在每个塔筒两端的法兰和上部法兰处的装配平台等组成。
  目前我国塔架技术要求标准主要有:《风力发电机组塔架》(GB/T19072-2003)和《风力发电机组设计要求(JB/T10300-2001)等,其中包含了塔架的设计、制造等方面的要求。
  2.塔架基础
  塔架基础是用来固定塔架于地面上的,分加强混凝土基础和预应力混凝土基础两种。塔架基础应有足够的强度,以承受设计所要求的动、静载荷。基础不应发生明显的、尤其是不均匀的下沉。基础要用混凝土浇注,水泥、沙子和碎石的体积比例约取1∶2.5∶5。塔架基础的重量除应足以保证风力发电机组稳定外,还要考虑土壤所承受的压力不能太大,基础的面积不能过小。
  目前我国塔架基础技术要求标准主要有:《风力发电机组设计要求》(JB/T10300-2001)、《风电机组地基基础设计规定》(FD003-2007)等,其中包含了塔架基础的设计要求。
  3.塔架及基础的风险分析
  (1)塔架设计不当、强度计算错误(包括动强度、静强度及疲劳计算等)、材料选择不当或存在缺陷、焊接质量缺陷及连接螺栓强度不够等引起倒塔或折塔。
  (2)塔架振动或频繁晃动,引起风力发电机组降低出力或倒塔事故。
  (3)风力发电机组安装在荒野、高山、海岛,承受日晒雨淋,甚至承受沙尘和盐雾的腐蚀,若钢制塔架防护不当将造成腐蚀危害。
  (4)极端天气造成倒塔、折塔、基础松动等事故。
  (5)风力发电机组的安装选址不当,安装地点可能发生滑坡、塌方等危害。
  (6)因基础设计不当、强度计算错误、基础质量不良、地震设防不当等可能造成风力发电机组倒塔。
  (7)基础沉降不均可能引起风力发电机组运行振动、倒塔等。
  (8)高处坠落:登塔作业时,若防护不当将产生高处坠落危险。
  (9)物体打击:登塔作业时,可能发生物体下落造成下方人员伤害。
  (10)风机安装在可能受洪水(潮水)影响的地区,其防冲防淘保护措施不可靠或无保护措施,将造成倒塔事故。
  (11)风力发电机高高耸立蔚为壮观,常吸引相关人员观看,尤其是建在旅游景点的风机。若无关人员攀登塔架将十分危险,容易造成意外事故发生。
  三、机舱与底盘的风险辨识
  1.机舱的结构
  机舱的结构由机舱的设计要求、风力发电机组零部件的装配关系和机舱的制作材料所决定。但不管使用哪种材料制作,以下几部分是必不可少的,即底盘、舱壁、舱盖、前封头上部、前封头下部、舱门等。考虑工艺的相似性,一般风轮的导流罩、叶片防尘圈等一些配套定部件也由机舱制造厂生产。
  1.5MW双馈型风力发电机组的机舱一般长度在8m以上,高度和宽度在3m以上。不包括底盘的机舱重量,由于所用材料不同在3~l0t不等。目前机舱制造使用最普遍的材料是玻璃钢,个别使用铝合金和不锈钢,机舱制成后送到风力发电机组总装厂,利用螺栓将各部件安装到底盘上,装配成形后接缝处用密封胶密封。
  风力发电机组的机舱生产属于小批量生产。铝合金和不锈钢机舱因为受到工艺条件的限制,多是见棱见角的外形。铝合金和不锈钢机舱的内部承力结构使用型材,外部覆盖铝合金和不锈钢薄板,其结构与火车车厢相似。
  用玻璃钢制造的中型风力发电机组的机舱一般为整体结构。用玻璃钢制造的大型风力发电机组的机舱因为体积大、重量大,一般采用拼装结构,由左舱壁、右舱壁、机舱顶盖、上前端盖和下前端盖组成。直驱型风力发电机组的机舱较短小,一般整体制造。
  风力发电机组的导流罩安装在风轮轮毂的外面,起着减小机舱迎风阻力的作用,同时还可以美化风力发电机的外观。导流罩外形为符合空气动力学特性的流线型,上面有安装叶片的圆孔,孔上装有叶片孔防尘圈。因为导流罩外形为圆滑的流线型,使用金属制造比较困难,一般都使用玻璃钢制作。
  2.底盘的结构
  底盘是定位、安装机械零部件的机器骨架。风力发电机组的底盘除用于固定和安装零部件外,还将机舱及其容纳物支撑在塔架以上高度,并与塔架进行连接。底盘与机舱装配后便形成了一个可以给机组零部件遮风挡雨的封闭空间。
  3.机舱与底盘的风险辨识
  (1)机舱与底盘设计不良,强度和刚度不满足要求,在极限风速下可能被破坏。
  (2)机舱与底盘的防腐不符合要求,长期受外部环境的影响,容易造成腐蚀。
  (3)机舱的通风散热条件不好,影响机舱内设备或部件的使用寿命。
  (4)在底盘吊装孔、机舱舱门等处作业时,若防护不当,容易发生高处坠落的危险。另外在机舱内进行检修维护或吊装容易引起工器具或吊装物的掉落,引起物体打击危险。
  (5)机舱的位置较高,有遭受雷击的危险。
  四、小结
  本文介绍了风力发电机组可能存在的风险,详细讨论了风力发电机组的风轮系统、塔架、机舱和底盘构筑物的组成与结构,并对这些系统可能存在的风险进行了详细的辨识和分析。在环境上,主要存在辐射、噪音危害等风险;在装置上,主要存在机械伤害、高处坠落等风险。本文所得的辨识结论对风力发电场的风险控制和管理工作具有一定的指导意义。
  
  参考文献:
  [1]施鹏飞.国内外风电持续迅猛发展[J].中外能源,2009,(1):36-40.
  [2]胡兰金,张建国,王海龙.科学开展安全性评价提高电网安全管理水平[J].电力安全技术,2001,(3):15-17.
  [3]袁忠军.浅谈电力企业的安全性评价工作[J].广西电力,2004,(3):55-57.
  [4]苏绍禹.风力发电运行与维护[M].北京:中国电力出版社,2002.
  [5]企业职工伤亡事故分类(GB6441-86)[S].
  [6]风力发电机组风轮叶片(JB/T10194-2000)[S].
  [7]风力发电机组设计要求(JB/T10300-2001)[S].
  [8]风力发电机组塔架(GB/T19072-2003)和风力发电机组设计要求(JB/T10300-2001)[S].
  [9]风力发电机组设计要求(JB/T10300-2001)[S].
  [10]风电机组地基基础设计规定(FD003-2007)[S].
  (责任编辑:麻剑飞)
其他文献
摘要:项目档案是项目建设、生产准备、机组调试及生产经营的重要依据,在工程建设和管理中起到了非常重要的作用,是工程建设的真实记录和反映。完整、准确、系统的项目档案对工程建设、生产经营、设备维护和改扩建起着非常重要的作用。中电投电力工程有限公司芜湖项目部制定了一些具体的创新措施,严格落实有关法律规程制度,确保了工程档案管理步入良性循环的轨道,在集团公司组织的档案专项验收中受到专家的一致好评。  关键词
期刊
摘要:计算机技术是培养工科学生实践能力、提升工科学生专业理念的重要工具。结合“卓越工程师教育培养计划”和流体机械及工程专业课程的教学实践,提出将计算机辅助设计(CAD)、计算流体动力学(CFD)和计算机辅助工程(CAE)技术有机结合的思路。通过合理安排教学内容,深入发掘计算机技术的潜在作用,达到提高工程实践能力、激发学生创新思维的目的。  关键词:卓越工程师;能力;计算机辅助一体化技术;教学改革;
期刊
摘要:随着国民经济发展,电力负荷增长加快,原有电网由于长期投资不足,设备陈旧,技术落后,形成一些供电瓶颈,供电可靠率低,切实提高农村配网供电可靠性已成为刻不容缓的问题。结合当地农村配网供电可靠性管理现况,提出部分措施以供交流与探讨。  关键词:农村配网;供电可靠性;提高措施  作者简介:张海涛(1965-),男,河南许昌人,鄢陵县电业局,工程师;贺光辉(1977-),男,河南鄢陵人,鄢陵县电业局生
期刊
摘要:从电厂仪控专业介绍入手,逐步提出了班组技术民主的概念及其必要性和影响因素。针对仪控专业特点,探讨了班组实现技术民主的方法和途径。特别借常见范例提出了检修细节规范化也是实践仪控班组技术民主的重要方面。  关键词:仪控;技术民主;公开性;群众性;规范化  作者简介:许洪升(1972-),男,浙江富阳人,浙能长兴发电有限公司设备管理部,高级工程师;汪红卫(1968-),女,浙江湖州人,浙能长兴发电
期刊
摘要:继电保护装置是在电力系统事故或异常运行情况下动作,保证电力系统和电气设备安全运行的自动装置,从变压器保护,发电机保护和发电机-变压器组保护入手,对电气设备继电保护的相关技术发展进行了研究。  关键词:电气设备;继电保护;变压器保护;发-变组保护  作者简介:李惠清(1960-),女,北京人,北京送变电公司设计所,工程师。(北京102401)  中图分类号:TM77文献标识码:A文章编号:10
期刊
摘要:以打造具有大连培训中心特色的离退休工作的品牌为例,从“定位”、“到位”和“有位”三个方面,谈如何做好离退休工作的体会。  关键词:定位;到位;有位;促进;离退休工作  作者简介:张力(1963-),女,辽宁大连人,辽宁省电力有限公司大连培训中心离退工作部,馆员。(辽宁大连116023)  中图分类号:F272.93文献标识码:A文章编号:1007-0079(2011)24-0051-01  
期刊
摘要:随着各种储能技术的发展,储能技术在电网中的应用开始进入实用阶段。介绍电力系统中应用的各种类型储能技术,并对基于储能技术的储能电站在智能配网中的应用进行了探讨和仿真分析,提出了需要解决的技术问题。  关键词:储能电站;智能配网;应用  作者简介:张海梁(1981-),男,河北滦南人,浙江省电力公司培训中心,工程师。(浙江杭州310015)孙婉胜(1982-),女,浙江金华人,杭州萧山供电局,工
期刊
摘要:为了全面提高应对连续降雨及局部地区强降雨引起洪水灾害的快速反应能力,提高发厂用电的能力,保证小水电厂的水工建筑物及设备的安全渡汛,以协调好安全与效益的关系,最大限度地减轻突发性洪水灾害,及时有效地组织开展电站的防汛抗洪抢险救灾工作。  关键词:洮河;大庄水电站;事故演习;厂用电;可靠性;  作者简介:董顺荣(1982-),男,甘肃景泰人,华能碌曲水电开发有限公司,助理工程师;常菊萍(1980
期刊
摘要:采用问卷法和访谈法调查安徽农业大学在校女大学生的恋爱观现状,包括恋爱目的、首要的择偶条件、对学业和恋爱关系、对大学生未婚同居现象和对女大学生“傍大款”现象的看法,分析女大学生恋爱观的积极和消极方面,并从社会、学校、家庭以及女大学生自身各个角度提出引导女大学生树立健康的恋爱观。  关键词:女大学生;恋爱观;恋爱目的  作者简介:方芳(1980-),女,安徽芜湖人,安徽农业大学人文社会科学学院,
期刊
摘要:随着社会经济的发展,施工技术也随之快速进步,其中压型钢板-钢梁组合楼板施工工艺尤为突出。火力发电工程汽机房屋面压型钢板-钢梁组合工艺越来越受到人们的青睐,它具有节约钢材、降低造价、施工速度快、节省模板和抗震性能好等优点。近几年来,由于施工技术的不断创新和应用,组合屋面的研究和应用才迅速发展起来,在火力发电厂汽机房屋面中得到广泛应用,并取得了一定的经济效益。  关键词:汽机房;压型钢板;组合楼
期刊