CN109715937A - 用于确定运行载荷和设计塔建筑物的方法、塔建筑物和风能设备 - Google Patents

用于确定运行载荷和设计塔建筑物的方法、塔建筑物和风能设备 Download PDF

Info

Publication number
CN109715937A
CN109715937A CN201780057045.4A CN201780057045A CN109715937A CN 109715937 A CN109715937 A CN 109715937A CN 201780057045 A CN201780057045 A CN 201780057045A CN 109715937 A CN109715937 A CN 109715937A
Authority
CN
China
Prior art keywords
load
building object
tower building
tower
wind energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201780057045.4A
Other languages
English (en)
Inventor
贝恩德·伯特赫尔
延斯·比克
米兰·达明格尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wobben Properties GmbH
Original Assignee
Wobben Properties GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wobben Properties GmbH filed Critical Wobben Properties GmbH
Publication of CN109715937A publication Critical patent/CN109715937A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/028—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling wind motor output power
    • F03D7/0292—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling wind motor output power to reduce fatigue
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/50—Maintenance or repair
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
    • G01N19/08—Detecting presence of flaws or irregularities
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2200/00—Mathematical features
    • F05B2200/10—Basic functions
    • F05B2200/11—Sum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2200/00—Mathematical features
    • F05B2200/10—Basic functions
    • F05B2200/14—Division
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/91—Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure
    • F05B2240/912—Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure on a tower
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/32—Wind speeds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/321—Wind directions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/331—Mechanical loads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/332—Maximum loads or fatigue criteria
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/728—Onshore wind turbines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于确定塔建筑物的的运行载荷的方法，所述塔建筑物尤其是风能设备的塔建筑物，所述运行载荷尤其是风载荷。本发明还涉及一种用于设计塔建筑物的方法，所述塔建筑物尤其是风能设备的塔建筑物，一种用于确定塔建筑物的使用寿命的方法，所述塔建筑物尤其是风能设备的塔建筑物，以及一种塔建筑物，尤其风能设备的塔建筑物，和一种风能设备。用于确定塔建筑物的运行载荷的方法包括：确定在一个负载方向上的载荷参数；确定所述负载方向的出现分布；确定以所述负载方向的分布进行修改的载荷参数。

Description

用于确定运行载荷和设计塔建筑物的方法、塔建筑物和风能 设备
技术领域
本发明涉及一种用于确定塔建筑物的运行载荷的方法，所述塔建筑物尤其是风能设备的塔建筑物，所述运行载荷尤其是风载荷。本发明还涉及一种用于设计塔建筑物的方法，所述塔建筑物尤其是风能设备的塔建筑物，一种用于确定塔建筑物的使用寿命的方法，所述塔建筑物尤其是风能设备的塔建筑物，以及一种塔建筑物，尤其是风能设备的塔建筑物，和一种风能设备。
背景技术
运行载荷的确定通常是塔建筑物设计的一部分或者在塔建筑物设计之前进行。运行载荷例如能够是风载荷。特别地，这些运行载荷是时间上可变的、改变的载荷，所述载荷会引起塔建筑物的疲劳应力。针对塔建筑物所确定的运行载荷越高，塔建筑物就必须设计的越有抵抗能力，以便在所计划的使用寿命内承受住运行载荷，尤其也在疲劳应力方面。
用于确定运行载荷的现有方法尝试尽可能精确地确定运行载荷，以便在设计时避免将塔建筑物的尺寸确定为过大的。然而，其它改进是所期望的。
发明内容
因此，本发明的目的是，提供一种用于确定塔建筑物的运行载荷的方法，所述塔建筑物尤其是风能设备的塔建筑物，所述运行载荷尤其是风载荷，一种用于设计塔建筑物的方法，所述塔建筑物尤其是风能设备的塔建筑物，一种用于确定塔建筑物的使用寿命的方法，所述塔建筑物尤其是风能设备的塔建筑物，以及一种塔建筑物，尤其风能设备的塔建筑物，和一种风能设备，它们相对于现有的解决方案得以改进。特别地，本发明的目的是，提供一种用于确定塔建筑物的运行载荷的方法，所述塔建筑物尤其是风能设备的塔建筑物，所述运行载荷尤其是风载荷，所述方法能够实现塔建筑物的有利的设计和/或塔建筑物的延长的使用寿命。
德国专利商标局在PCT本申请的优先权申请中检索到下述现有技术：US 6,850,821 B2和US 2013/0125632 A1。
该目的通过一种用于确定针对塔建筑物的运行载荷的方法来实现，所述塔建筑物尤其是风能设备的塔建筑物，所述运行载荷尤其是风载荷，所述方法包括：确定在负载方向上的载荷参数；确定负载方向的出现分布；确定以负载方向的分布进行修改的载荷参数。
本发明尤其基于如下认知：在用于确定运行载荷的现有方法中，确定在如下负载方向上的载荷参数，所述负载方向通常对应于主负载方向。针对该载荷参数设计塔建筑物。然而，尤其在与方向相关的载荷参数中，这会引起尺寸确定为过大的，因为仍未考虑在不同的负载方向上的负载的方差(Varianz)。
特别地，在风能设备的塔建筑物中，呈风载荷形式的载荷参数起重要作用。在风能设备的开发中，例如通常将风能设备的相应的部件，例如塔建筑物设计为，使得风能设备的运行在所预计的使用寿命内是可行的。风能设备的使用寿命例如能够为20年、25年或者30年。
风能设备和其部件经受静态的和瞬态的负载。瞬态负载例如能够通过风湍流、倾斜迎流和风速的高度廓线引起。由此，作用于风能设备的负载谱是各式各样的，并且优选整体地评估相应的负载情况。这通常通过载荷谱(Lastkollektiv)来进行，所述载荷谱是负载情况的总和。作用于风能设备的瞬态负载能够引起风能设备的部件的疲劳。因此，风能设备的每个部件优选设计为，使得仅在达到风能设备的使用寿命时或达到风能设备的使用寿命之后才发生失效临界的疲劳。
优选地，对于风能设备的所计划的所在地而言，确定呈主风向形式的主负载方向，并且对于该主负载方向而言，确定呈风负载形式的载荷参数。然而，在此仍未考虑的是，在除了主负载方向的不同的方向上的风载荷发生变化，即也在次级负载方向上发生变化。
基于本发明的这些认知提出，考虑负载方向的出现分布。对此尤其能够理解为，考虑在主负载方向上发生负载的频率或概率，并且考虑在次级负载方向发生负载的频率或概率。由此可行的是，载荷参数修改为，使得所述载荷参数符合负载方向的这种出现分布。通常这引起：被修改的载荷参数小于初始的载荷参数，因为初始的载荷参数基于：负载仅在主负载方向上存在。通过考虑负载方向的出现分布和确定相应被修改的载荷参数，由此能够实现塔建筑物的更有利的设计。
负载方向能够任意地划分。例如，负载方向能够定义为一度。负载方向的更精细的或更粗略的定义同样是可行的。负载方向例如也能够定义为例如10度的区段。
载荷参数例如能够是风载荷。载荷参数例如能够指定为力矩振动宽度。载荷参数也能够以力矩、横向力和/或应力的形式来说明。不同的参数的组合也是可行的。
特别地，风载荷是动态的振动，所述动态的振动引起随时间可变的、变化的载荷，所述载荷又引起疲劳应力。优选地，载荷参数是载荷谱。例如，载荷参数能够包含载荷变化级。
载荷参数优选能够通过模拟来确定，例如根据塔建筑物的所计划的所在地和在该处所预期的负载来确定。为了确定载荷参数，也能够使用历史的载荷数据和/或所测量的载荷数据。为了确定风载荷参数，优选考虑风速和/或风平均值(平均风速)和/或其它所在地特定参数。
优选地，首先确定如下负载方向，在所述负载方向上确定载荷参数。通常，该负载方向对应于主负载方向，在风能设备中这优选对应于主风向。
根据一个优选的实施方式提出，根据负载方向的出现分布将载荷参数划分为在不同的负载方向的载荷参数份额。此外优选的是，对每个负载方向进行载荷参数份额的求和。
由此能够实现：将初始确定的在主负载方向上的负载减少如下份额，所述份额在一个或多个次级负载方向上出现。同时，将如下在主负载方向上的份额加到该减小的值上，所述份额由针对一个或多个次级负载方向确定的负载到不同的负载方向的划分而产生。
此外优选提出，估计负载方向的出现分布，和/或基于历史的载荷数据和/或所测量的载荷数据和/或基于统计学的分布和/或出现概率来确定负载方向的出现分布。
一个优选的改进方案的特征在于，负载方向的出现分布基于概率函数。这例如能够是正态分布(高斯分布)。
另一优选的改进方案的特征在于，针对不同的负载方向确定相应的负载方向的出现分布，其中针对不同的负载方向的分布优选是相同或不同的。
在该改进方案中提出，针对不同的负载方向考虑：能够适用不同的分布。例如，主风向的分布能够视为不同于在偏离于主风向的次级风向上的分布。此外，针对不同的风向也能够使用相同的分布。
此外优选的是，确定在不同的负载方向上的载荷参数。在一个简单的变型形式中，针对一个负载方向、优选主负载方向所确定的载荷参数也能够用于其它负载方向，而在该实施方式中提出，针对不同的负载方向确定载荷参数，从而载荷参数在不同的负载方向上能够是不同的。
优选地，根据相应的负载方向的出现分布将每个载荷参数划分为在不同的负载方向上的载荷参数份额。此外优选地，对每个负载方向进行相应的载荷参数份额的求和。
此外在一个优选的实施方式中提出，在确定在不同的负载方向上的载荷参数时考虑关于不同的负载方向的差异。这例如能够实现：考虑针对不同的负载方向产生载荷参数的不同的值。
优选地，考虑在不同的负载方向上呈载荷参数的不同的值的形式的差异。
此外，优选地，尤其在塔建筑物的环周上考虑呈载荷参数的值的分布形式的差异。所述分布优选基于概率函数。这例如能够是正态分布(高斯分布)。
根据另一优选的实施方式提出，考虑在不同的负载方向上呈不同的风速形式的差异。例如，也能够称为风平均值的(平均的)风速在主风向上与在次级风向上相比能够是不同的。
根据本发明的另一方面，开始提及的目的通过一种用于设计塔建筑物的方法来实现，所述塔建筑物尤其是风能设备的塔建筑物，所述方法包括：根据上述方法确定塔建筑物的运行载荷；根据所确定的运行载荷设计塔建筑物。因此，塔建筑物的也能够称为确定尺寸或者测定尺寸的设计优选按照根据本发明确定的运行载荷来进行。
根据本发明的另一方面，开始提及的目的通过一种用于确定塔建筑物的使用寿命的方法来实现，所述塔建筑物尤其是风能设备的塔建筑物，所述方法包括：根据上述方法确定塔建筑物的运行载荷；根据所确定的运行载荷确定塔建筑物的使用寿命。
根据本发明的另一方面，开始提及的目的通过一种塔建筑物来实现，所述塔建筑物尤其是风能设备的塔建筑物，其特征在于，根据上述方法确定用于设计塔建筑物的载荷参数和/或根据上述方法设计塔建筑物。
根据本发明的另一方面，开始提及的目的通过一种风能设备来实现，所述风能设备具有塔和设置在塔上的吊舱，所述吊舱具有转子，所述转子具有至少一个转子叶片，其特征在于，塔是之前描述的塔建筑物。
关于本发明和其相应的改进方案的这些其它方面的优点、实施方案变型形式和实施方案细节参照关于相应的方法特征的上述描述。
附图说明
示例性地根据附图来描述本发明的优选的实施方式。附图示出：
图1示出根据本发明的风能设备的示意性视图；
图2示出用于确定塔建筑物的运行载荷的方法的流程图；
图3示出以横截面示出的塔建筑物的呈应力谱形式的载荷参数；
图4A示出图3中的上部的应力谱M90和下部的应力谱M0；
图4B示出根据图4A的负载方向的出现分布；
图5示出针对不同的负载方向的相同的出现分布；
图6示出呈被修改的谱级的形式的被修改的载荷参数；以及
图7示出根据图4A的上部的应力谱M90和下部的应力谱M0并且附加地示出被修改的应力谱M90’和M0’。
具体实施方式
图1示出具有塔102和吊舱104的风能设备100。在吊舱104上设置有转子106，所述转子具有三个转子叶片108和导流罩110。转子106在运行时通过风置于转动运动从而驱动吊舱104中的发电机。
图2示出用于确定塔建筑物的运行载荷的方法的流程图，其中在步骤S1中确定在一个负载方向上的载荷参数，例如通过模拟来确定。在步骤S2中确定负载方向的出现分布，例如通过假设适合的概率函数或者概率密度函数，例如正态分布。在步骤S3中确定以负载方向的分布进行修改的载荷参数。
风能设备的直的塔建筑物通过风能设备的运行而承受由于在时间上可变的、变化的载荷引起的疲劳应力。因此，为了设计塔建筑物，通常确定应力谱，这通常通过模拟来实现。在这种模拟中，例如能够考虑不同的风场、设备阻力和/或具有转子叶片调节的闭环控制。因为这种模拟通常针对主风向进行，然而在所述设备的真实运行中风向是变化的，并且转子经由吊舱的方位角调节而相应地追踪风，所以根据本发明提出，考虑该方面。在此，例如假设：负载，例如风，在塔建筑物的使用寿命内在可描述的随机分布下从不同的方向作用到塔建筑物上。在接下来的实例中，这种随机分布利用高斯正态分布来示出。替选地或者附加地，所述分布例如能够通过风测量和/或所记录的闭环控制数据来确定或估算。
在模拟中确定载荷参数时，例如能够确定针对设计使用寿命的应力谱。在现有的设计方法中所述设计在如下假设下抵抗来自主负载方向的应力谱进行：所述负载在整个所计划的使用寿命内从主负载方向起作用，而根据本发明的方法提出，考虑在不同的负载方向上的负载的出现分布。对于这种分布优选使用概率密度，例如在塔建筑物的环周上所描述的概率密度。在此，优选最高的概率与主负载方向相关联。根据在塔建筑物的环周上的概率，例如能够将主负载方向的应力谱的级(根据概率密度)分布到所述环周或环周的一部分上。优选同样地，其它负载方向的其它应力谱同样分布到塔建筑物的环周上。每个应力谱能够是针对特定的负载方向的地点固定的应力谱。
通过这种方法途径，优选不仅减少主负载方向的应力谱，而且也补充次级负载方向的应力谱的如下份额，所述份额基于所述分布与所述主负载方向相关联。通过对载荷参数的这种修改，能够实现运行载荷的在对于所述设计而言相关的主负载方向上的例如25％的降低。同时，通常增加次级负载方向的应力谱，这能够引起减小负载范围(Auslastungsspanne)的差别和/或引起负载水平的均匀化。
根据本发明的方法途径由此实现：对于新的塔建筑物在设计时考虑更小的应力，这能够引起节省成本和/或资源的结构。
根据本发明的方法途径也实现：证实现有的塔建筑物的更长的使用寿命。为此确定运行载荷并且优选在考虑塔建筑物的所实施的设计，尤其其尺寸和/或其结构的条件下，针对所确定的运行载荷证实塔建筑物的使用寿命。在此尤其也能够将使用寿命理解为已经在使用中的塔建筑物的剩余使用寿命。在此，例如能够使用初始时为了设计塔建筑物例如在模拟中所确定的运行载荷，并且借助于根据本发明的方法对其进行修改。替选地或者附加地，也能够考虑出自风测量的测量数据和/或风能设备的运行管理数据。
此外优选的是，也考虑风速在负载方向上的方差。除了负载方向外，通常所观察的风平均值也对应力谱起作用。通过在一个优选的设计方案中应用风速在塔建筑物的环周上的概率分布的方式，能够实现进一步的重新定位，从而实现运行载荷的减小。
在图3中在右侧上示出贯穿塔建筑物200的横截面，其具有绘出的主负载方向201，所述主负载方向在此处所示出的变型形式中以90°作用。在左侧上载荷参数以应力谱或者设计谱的形式示出，其中在竖直轴上绘制以kNm为单位的力矩振动宽度，而在水平轴上绘制载荷变化。借助于箭头202表明设计使用寿命。上部的应力谱M90在此对应于在90°的主负载方向上的设计谱。下部的设计谱M0对应于在0°的次级负载方向上的设计谱。
在图4A中仅示出图3中的上部的应力谱M90和下部的应力谱M0。示例性地选出上部的应力谱M90的谱级300。借助于箭头203表示谱级300占设计使用寿命的份额。如果此时针对负载方向的出现考虑图4B中示出的分布V，那么产生在图4A中在右下方示出的谱级300到不同的负载方向上的分布。在此可识别，在90°的主负载方向上记录最大的份额，并且在邻接的80°和100°的次级负载方向上记录下一个最大的份额，而对于70°和110°的次级负载方向而言记录已经明显更小的份额。其余份额R分布到其它次级负载方向上。为此所使用的、在图4B中示出的分布是具有90°的期望值和180°的方差的高斯正态分布。在竖直轴上绘制在参考时间段(使用寿命)中的频率，在水平轴上绘制以弧度为单位的在塔建筑物的环周上的位置。
在图5中示出不同的负载方向的出现分布V0、V30、V60、V90、V120、V150、V180，在此简化地以30°的步长示出。同样简化地，在此基于具有90°的期望值和180°的方差的相同的高斯分布。然而，也能够假设针对不同的负载方向的不同的分布。
图6在右侧上示出呈修改的谱级300’的形式的修改的载荷参数，而在左侧上示出其组成。在这种情况下用301表示如下份额，所述份额由负载级的应力谱的固有的负载方向引起。用302表示如下份额，所述份额由次级负载方向的应力谱引起，所述次级负载方向以+/-10°和+/-20°与固有的负载方向错开地设置。以其它度数错开的份额以余数R概括。
根据本发明的方法途径的结果示例性地在图7中示出。根据图7的应力谱M90和M0对应于在图3中示出的应力谱M90和M0。附加地，在图7中修改的载荷参数以修改的应力谱M90’和M0’的形式示出。如可识别的并且通过箭头说明的那样，根据本发明的方法途径减少在主负载方向上的运行载荷，而增大在次级负载方向上的运行载荷。特别地，当仅使用在主负载方向上的运行载荷来设计塔建筑物时，由此通过根据本发明的方法产生在设计方面显著的优点。
在考虑修改的载荷参数的条件下，也能够针对现有的塔建筑物证实延长的(剩余)使用寿命。

Claims (15)

1.一种用于确定塔建筑物的运行载荷的方法，所述塔建筑物尤其是风能设备的塔建筑物，所述运行载荷尤其是风载荷，所述方法包括：
-确定在一个负载方向上的载荷参数，
-确定所述负载方向的出现分布，
-确定在以所述负载方向的分布进行修改的载荷参数。
2.根据上一项权利要求所述的方法，
其特征在于，
-根据所述负载方向的出现分布将所述载荷参数划分为在不同的负载方向上的载荷参数份额。
3.根据上述权利要求中至少一项所述的方法，
其特征在于，
-对每个负载方向将所述载荷参数份额求和。
4.根据上述权利要求中至少一项所述的方法，
其特征在于，估计所述负载方向的出现分布，和/或基于历史的载荷数据和/或所测量的载荷数据和/或基于统计学分布和/或出现概率确定所述出现分布。
5.根据上述权利要求中至少一项所述的方法，
其特征在于，所述负载方向的出现分布基于概率函数。
6.根据上述权利要求中至少一项所述的方法，
其特征在于，
-针对不同的负载方向确定相应的负载方向的出现分布，其中不同的负载方向的所述分布优选是相同或不同的。
7.根据上述权利要求中至少一项所述的方法，
其特征在于，
-确定在不同的负载方向上的载荷参数。
8.根据上述权利要求中至少一项所述的方法，
其特征在于，在确定在不同的负载方向上的载荷参数时，考虑关于不同的负载方向的差异。
9.根据至少上一项权利要求所述的方法，
其特征在于，考虑呈在不同的负载方向上的载荷参数的不同的值的形式的差异。
10.根据上两项权利要求中至少一项所述的方法，
其特征在于，考虑呈所述载荷参数的所述值的分布的形式的差异。
11.根据上三项权利要求中至少一项所述的方法，
其特征在于，考虑在不同的负载方向上呈不同的风速形式的差异。
12.一种用于设计塔建筑物的方法，所述塔建筑物尤其是风能设备的塔建筑物，所述方法包括：
-根据上述权利要求中至少一项所述的方法确定所述塔建筑物的运行载荷，
-根据所确定的运行载荷设计所述塔建筑物。
13.一种用于确定塔建筑物的使用寿命的方法，所述塔建筑物尤其是风能设备的塔建筑物，所述方法包括：
-根据上述权利要求中至少一项所述的方法确定所述塔建筑物的运行载荷，
-根据所确定的运行载荷确定所述塔建筑物的使用寿命。
14.一种塔建筑物，尤其风能设备的塔建筑物，其特征在于，根据上述权利要求1至11中至少一项所述的方法确定用于设计所述塔建筑物的载荷参数，和/或根据权利要求12所述的方法设计所述塔建筑物。
15.一种风能设备，所述风能设备具有塔和设置在所述塔上的吊舱，所述吊舱具有转子，所述转子具有至少一个转子叶片，其特征在于，所述塔是根据上一项权利要求所述的塔建筑物。
CN201780057045.4A 2016-09-15 2017-09-14 用于确定运行载荷和设计塔建筑物的方法、塔建筑物和风能设备 Pending CN109715937A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016117402.5A DE102016117402A1 (de) 2016-09-15 2016-09-15 Verfahren zur Ermittlung von Betriebslasten und zur Auslegung für Turmbauwerke, Turmbauwerk und Windenergieanlage
DE102016117402.5 2016-09-15
PCT/EP2017/073116 WO2018050736A1 (de) 2016-09-15 2017-09-14 Verfahren zur ermittlung von betriebslasten und zur auslegung für turmbauwerke, turmbauwerk und windenergieanlage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109715937A true CN109715937A (zh) 2019-05-03

Family

ID=59895305

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780057045.4A Pending CN109715937A (zh) 2016-09-15 2017-09-14 用于确定运行载荷和设计塔建筑物的方法、塔建筑物和风能设备

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20210285423A1 (zh)
EP (1) EP3513067A1 (zh)
JP (1) JP2019528401A (zh)
KR (1) KR20190052078A (zh)
CN (1) CN109715937A (zh)
BR (1) BR112019004642A2 (zh)
CA (1) CA3034703A1 (zh)
DE (1) DE102016117402A1 (zh)
WO (1) WO2018050736A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113609622B (zh) * 2021-08-20 2023-12-26 浙江大学 风力发电机组的塔架载荷建模方法和装置
CN114458551A (zh) * 2022-04-12 2022-05-10 华电电力科学研究院有限公司 一种风力发电机的载荷数据获取装置及风力发电机系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1674724A2 (en) * 2004-12-23 2006-06-28 General Electric Company Methods and apparatus for wind turbine fatigue load measurement and assessment
CN101506523A (zh) * 2006-07-14 2009-08-12 乌韦·阿伦斯 风力发电机
CN102628423A (zh) * 2011-02-04 2012-08-08 远景能源（丹麦）有限公司 风力涡轮机以及相关的控制方法
CN102708266A (zh) * 2012-06-12 2012-10-03 中国科学院工程热物理研究所 一种水平轴风力机叶片的极限载荷预测计算方法
EP2754890A2 (en) * 2013-01-14 2014-07-16 General Electric Company Method and Apparatus for Controlling an Operational Parameter of a Wind Turbine
US20150252782A1 (en) * 2012-09-07 2015-09-10 Alstom Renewable Technologies Method of operating a wind turbine
CN105604806A (zh) * 2015-12-31 2016-05-25 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机的塔架状态监测方法和系统

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10011393A1 (de) * 2000-03-09 2001-09-13 Tacke Windenergie Gmbh Regelungssystem für eine Windkraftanlage
DE10113039B4 (de) * 2001-03-17 2017-12-07 Aloys Wobben Windenergieanlage
CN102288413B (zh) * 2011-05-19 2013-11-13 浙江运达风电股份有限公司 一种判定大型风力发电机组运行可靠性的方法
EP2597302B1 (en) * 2011-11-23 2014-04-30 Siemens Aktiengesellschaft Determining an accumulated load of a wind turbine in angular sectors
US9551320B2 (en) * 2012-09-27 2017-01-24 General Electric Company Asymmetric load control for torsion fatigue reduction in a wind turbine tower
JP6553399B2 (ja) * 2015-05-14 2019-07-31 株式会社日立製作所 演算システム、風力発電システム、又は、風車の余寿命又は疲労損傷量の算出方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1674724A2 (en) * 2004-12-23 2006-06-28 General Electric Company Methods and apparatus for wind turbine fatigue load measurement and assessment
CN101506523A (zh) * 2006-07-14 2009-08-12 乌韦·阿伦斯 风力发电机
CN102628423A (zh) * 2011-02-04 2012-08-08 远景能源（丹麦）有限公司 风力涡轮机以及相关的控制方法
CN102708266A (zh) * 2012-06-12 2012-10-03 中国科学院工程热物理研究所 一种水平轴风力机叶片的极限载荷预测计算方法
US20150252782A1 (en) * 2012-09-07 2015-09-10 Alstom Renewable Technologies Method of operating a wind turbine
EP2754890A2 (en) * 2013-01-14 2014-07-16 General Electric Company Method and Apparatus for Controlling an Operational Parameter of a Wind Turbine
CN105604806A (zh) * 2015-12-31 2016-05-25 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机的塔架状态监测方法和系统

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018050736A1 (de) 2018-03-22
CA3034703A1 (en) 2018-03-22
DE102016117402A1 (de) 2018-03-15
JP2019528401A (ja) 2019-10-10
KR20190052078A (ko) 2019-05-15
US20210285423A1 (en) 2021-09-16
EP3513067A1 (de) 2019-07-24
BR112019004642A2 (pt) 2019-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109340062B (zh) 一种低风速风电机组数字双胞胎式的疲劳损伤预测方法
Park et al. Multi-objective optimization of orthogonal TLCDs for reducing fatigue and extreme loads of a floating offshore wind turbine
Jiang et al. Dynamic response analysis of a catamaran installation vessel during the positioning of a wind turbine assembly onto a spar foundation
CN109715937A (zh) 用于确定运行载荷和设计塔建筑物的方法、塔建筑物和风能设备
Watanabe et al. Micro-siting of wind turbine in complex terrain: simplified fatigue life prediction of main bearing in direct drive wind turbines
Karimian Aliabadi et al. Effect of platform disturbance on the performance of offshore wind turbine under pitch control
dos Santos et al. Maintenance planning of an offshore wind turbine using stochastic petri nets with predicates
Burduk et al. Analysis and risk assessment of the supply of copper ore in the belt conveyor system in an underground mine.
Guachamin‐Acero et al. Numerical study of a concept for major repair and replacement of offshore wind turbine blades
Smilden et al. Key contributors to lifetime accumulated fatigue damage in an offshore wind turbine support structure
May et al. Condition based maintenance for offshore wind turbines: the effects of false alarms from condition monitoring systems
Smilden et al. Post‐installation adaptation of offshore wind turbine controls
Matha et al. Comparative analysis of industrial design methodologies for fixed-bottom and floating wind turbines
Stolpe et al. Offshore wind energy developments
Tutivén et al. Acceleration‐based fault‐tolerant control design of offshore fixed wind turbines
Wang et al. Multiparameter control strategy and method for cutting arm of roadheader
Kuznetsov et al. Theory and a posteriori practical methods for calculating the reliability of electrical equipment
Val et al. Updatable Probabilistic Evaluation of Failure Rates of Mechanical Components in Power Take-Off Systems of Tidal Stream Turbines. Energies 2021, 14, 6586
Sørensen et al. Fatigue reliability and effective turbulence models in wind farms
Mawer et al. Loading and dynamic response considerations for the design of wind turbine foundations on South African soils
Hamedani et al. Optimized planning for weather-sensitive offshore construction operations-An application to float-over installation of super-heavy offshore topsides
Kokkinis et al. Development of a stepped line tensioning solution for mitigating VIM effects in loop eddy currents for the genesis spar
Rusiński et al. Assessment of the correlation between the numerical and experimental dynamic characteristics of the bucket wheel excavator in terms of the operational conditions
Eldridge et al. Mechanism and impact of damper seal clearance divergence on the rotordynamics of centrifugal compressors
Castanier et al. Optimization of maintenance and operational policies of an offshore wind farm subject to stochastic wind conditions

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190503

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication