本标准规定了小型风力发电机组的结构安全性原则要求，包括安全机理、质量保证、结构安全可靠性设计、控制、保护与实验等安全方面的要求。本标准适用于独立运行、风轮扫掠面积小于40m2的风力发电机组，包括机械、支撑结构件、控制与保护装置等。 GB/T 16437-1996 小型风力发电机组结构安全要求 GB/T16437-1996 标准下载解压密码：www.bzxz.net

GB/T16437—1996
在研制和使用小型风力发电机组的过程中，经常遇到结构安全性的问题，通过确定我国小型风力发电机组结构的安全要求，在技术上既保证与同类的国际导则同步，义采用根据实践证明适合我国国情的内容，以利于我国小型风力发电机组的发展。本标准规定的各项规则，涉及小型风力发电机组结构的设计、制造，试验，这些规则用来保证我国生产的小型风力发电机组结构件，都有相同的安全要求本标准的附录A是标准的附录。
本标准由中国航空工业总公司提出。本标准由全国风力机械标准化技术委员会归口。本标准由中国航空工业总公司第602研究所负责起草。本标准主要起草人：熊华文、颜连元、姜学璞。..com中华人民共和国国家标准
小型风力发电机组结构安全要求Safety requirements for small wlndturbine geperator structures1主题内容与适用范围
GB/T 16437-1996
本标准规定了小型风力发电机维(以下简称风力机组)的结构安全性原则要求，包括安全机理、质量保证、结构安全可靠性设计、控制、保护与实验等安全方面的要求。本标推适用于独立运行、风轮扫掠面积小40m的风力发电机组，包括机械、支撑结构件、控制与保护装置等。
2引用标准
GB 8974—88风力机本语
GB/T13981-—92风力机设计通用要求3术语与符号
3.1术语
运行极限阵风
风力机组正常运行状态下所能承受的极限阵风。持续极限阵风
持续时间不小于30min的运行极限阵风，本标准中所用其他术语应符合GB 8974—88的规定。3.2符号
来流速度；
切变风速；
离地10㎡高度处，10min平均风速：平均风速：
轮毂中心处离地高度,10 min 平均风速;50a极限风速；
la极限风速；
持续极限阵风风速：
四周没有对气流产生十扰的建筑物或山丘等的参考地点，离地10 m高度，10 min平均风速；持续极限阵风方向变化角！
风速分布概率，
形状因子，
尺度因子；
风轮直径：
国家技术监督局1996-06-17批准1997-07-01实施
离地高度：
轮毂中心处离地高度，
风剪指数；
标准偏差。
4安全性设计原则
4.1安全性设计原则
GB/T16437-1996
设计风力机组结构，应考虑各种正常的和极限的外部条件、内部负载、安金性、可靠性。风力机组结构的安全性取决于安全标、零部件安全系数。4.2构件安全等级
在保证地基安全的基础上，风力机组构件安全等级按其构件特性分为两种，a）关键构件一一指如有故障，可能危及人身安全，导致结构或主要系统失效、损坏，进而影响寿命或引起社会和经济后果：
b）一般构件——指如有故障，可能导致产品达不到性能要求，如有其他特殊规定可由厂方和用户协商确定。
按失效结果，部件又可分为：
a）失效安全结构部件一一失效后仍不导致风力机组的某：-主要部件发生故障，b）丰失效安全结构部件—失效后立即会引起风力机组的某一主要部件发生故障。4.3质量保证
质量保证和质量检查应贯穿于小型风力机组结构及其零部件的设计.制造、试验、运输、安装和使用维扩全过程中，并应按设计单位或行业的质量管理手册的规定执行。5外部条件
5.1总则
风力机组的结构安全性设计应考虑外部条件。外部条件包括拟定的安装地点、地基类型、风况和其他气候条件，外部条件分为止常和极限外部条件。5.2正常外部条件
正常外部条件指风轮在正常运行时所经受的长期载荷和经带存在的运行条件。5.2.1正常风况
5.2.1. 1风速分布
地基以上的风速分布表明了载荷情况的发生频率，并用来预测风力机组的输出功率。正常风速规律可以按测量数据给出·亦可参照韦布尔(Wcibull)分布规律计算，见附录A。5.2.1.2稳态风速函数
稳态风速函数(乙)指以离地高度Z为变量的平均风速函数。稳态风速可按式(1)的指数规律估算，V(Z) = n(Z/10)*
式中：un-离地10m高度处，10 tmin平均风速，m/s；α--风剪指数，无最纲，一般不小于0.2；Z——离地高度,m。
平均风向可假设为水平的，并且不随高度变化。5.2.1.3紊流
设计风力相组结格时，应考虑流对其安全性的影响。5.2.2其他正常外部条件
其他应考虑的正常外部条件包括：(1)
GB/T 16437-1996
a）系统正常运行环境温度：—20℃～+40℃，b）相对湿度;95%，
）大气污染情况：
d）太阳辐射情况；
e）标准(海平面)大气参数：
压:101, 325 kPa:
温度：15℃；
密度：1.225kg/m2。
当设计指定外部条件时，应符合有关国标的要求，并在设计文件中说明。5.3极限外部条件
极限外部条件是指较少出现但更恶劣的外部条件。5.3.1极限风况
极限风况是风力机组结构安全性设计中确定极限气动载的依据。在风力机组设计时应考虑极限风速，极限风向变化角速度.运行极限阵风、持续极限阵风、持续极限阵风方向变化角和极限切变风对结构安全性的影响。
5.3.1.1极限风速
50a极限风速和1a极限风速应根搬极限参考风速确定。Ws和可分别按式（2)、式(3)确定Veco(Z) = 1. 40r(2/10)0.1)
Ug (Z) = 0. 75Vso(Z)
式中t E —
参考风速，m/st
Z--离地高度,m。
5.3.1.2持续极限阵风
假设持续极限阵风风速为15m/s，阵风的起动时间106，离地高度Z(m)处，t时风速(Z，t）可按式(4)计算：
(2) + 0. 5(1 — cos(t/T))当 0 式中：z——离地高度,m;
n(2)—离地高度Z(m)处10min平均风速，m/sT—起动时间，T=10s
5.3.1.3持续极限辨风方向变化角8%风向变化角0可按式(5)计算：
(180°
当m<与m/s
180(UdmUm)/(Vm-5)
+ 15° (vtea — 5)/(ref — 5)当 5 m /s < Wen < VreE
当 m = 5m/s
式中：——持续极限阵风方向变化角，\)；ie
离地10m商度，10uin平均风速，m/st参考风速，m/s。
5.3.1.4极限切变风
水平极限切变风速：可按式(6)计算：+++*+++( 4)
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U, =- Vhab(2/2bub)
式中：T'brl——轮毂中心处高度10 min平均风速,m/s;Zhah—轮中心处高度,mt
α一一风剪指数,无量經，一般不小于0.2。5.3.2其他极限外部条件
应考虑的其他极限外部设计条件包括：#）极限运行环境温度：—40℃或十50℃；b）冰炼：风力机组结构件在袜冻情况下不至于损坏；c）腐蚀：沿海使用的风力机组应考虑腐蚀对结构安全的影响；d）砂尘;在风砂较大的地区使用的风力机组，风轮叶片应有一定的抗砂石能力。6结构安全性设计
6.1—~般要求
风力机组的结拘设计应保证承载部件的结构安全。通过对结构元件的静力和疲劳强度的试验或计算，确定风力机组结树的安全标准。试验载荷应反映相关的设计中所要求的安全系数。风力机组应具有结构安全性检查和维护的方便条件，6.2设计方法
风力机组的设计值，必须大于风力机组的极限状态。同时应考虑动应力和疲劳极限等对结构安全性的影响，包括结构不平衡、大变形失效、结构件破坏和失稳等。6.3载荷
本条所规定的载荷是风力机组在运行中预计可能产生的危及构件安全的各种载荷，6.3.1惯性力和重力载荷
慢性力和重力载荷是指由质量，振动等因素所决定的作用在风力机组上:的动力和静力载荷。6.3.2空气动力载荷
空气动力载荷既包括气流对风力机组的静、动部件单独作用产生的气动力载荷，也包括静，动部件对气流的扰和它们的耦合作用而产生的载荷。6.3.3操作载荷
风力机组的操作载荷包括风轮的启动、固定、制动、转速控制、负载连接与断开、偏航等引起的瞬载荷。
6.3.4其他载荷
如波动载荷，冲击载荷等。
6.4设计状态和载荷情况
风力机组结构安全性教荷及设计中必须考虑的各种载荷状态，是决定风力机组使用安全性的基础。为此，可按风力机组经常使用状态,作为风力机组设计状态而确定风机寿命。载荷情况应综合考虑下列因素，即装配，安装，维护，操作方式及外部紊件设计状态。此外，还应考虑风力机组和控制与保护系统的运行的相互影响。
综上所述，决定风力机组结构安全性的设计载荷可由下刻综台情说来计克：———正常外部条件和正常设计状态;极限外部条件和极限设计状态，…·相关外部条件和运输、安装、维护设计状态。如果有极限外部条件和障设计状恣之间的情况存在，应综合考虑这两种情况作为一种设计状态。对于每一种设计状态，应考虑多种载荷情况来确定风力机零部件的结构安全性。设计载荷情祝见表1，各种载荷下零件安全系数表2。设计状态
2.运行出现故障
3. 起动
4、正常关机
5. 应急关机
GB/T 16437-1996
表1载荷情况表
来流情况
正常紊流模型
极限持续阵风件随方向变化
正常稳态风模型
运行极限阵械
极限持续阵风
极限切变风
极限风向变化
正常稳态风模型
正带稳态风模型
正常紊流模型
正常素谨模型
运行极限阵风
正常豪疏模型
运行极限阵风
正常稳态风模型
6.停放（静止或非工作极限切变风功m=Ves状态》
7.停放出现放障
8. 运输、装配、维护
注：-
极限切变风 Whub< ie:
极限切变风 Dbab = te
」方注明
极限载荷;A
戴荷来源
空气动力
其他圆性
共他条件
控解或保护系统故障
内电气故障
控制或保护系绕救障
分折载荷
突然摘况;T—运输与安装;F——藏劳教荷：最大载荷：
表2各载荷作用下零件安全系数
不利载荷安全系数
极限裁荷
窦懿情况
运输与安装
设计载荷
额定载荷安全系数
如果设计有特别要求·其他与安全有关的设计载荷亦应予以考虑。在表1中，对丁每一种来流情况部给出了相关的分析。
6.4.1运行状态
在运行设计状态下，应考虑运行情况与理论上最佳运行状态的偏差，包括风轮不平衡（质量不半衡和气动不平衡)和偏航调整不当。6.4.2故障状态
当在运行过程中发生任何控制和保护装置的故障，电气系统的内部故障，重大的风力机组载荷故障（如发电凯短路等），而且该故障能引起重大的疲劳破坏，但不引起直接关机时，设计时应考虑这种状态。6.4.3起动
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在起动设计状态应考虑静止或非工作状态到运行的短暂时间引起的作用在风力机组上的载荷。6. 4.4正常关机
在正常关机设计状态应考虑从运行到静止或非工作状态的短暂时间里引起的作用在风力机组上的裁荷。
6. 4.5应急关机
考虑应急关机时发生的载荷。
6.4.6静止状态
静止的风力机组风轮，应按极限风速设计状态考虑。6.5载荷计算
6.5.1—般要求
应通过可靠的分析，采用经过考验和认可的计算方法，对风力机组结构载荷进行计算。6.5.2应考虑的情况
在计算设计载荷时应考虑下列情况：a）塔架及其他结构对来流的于扰；b）空气动力影响(下洗流，不稳定气动力等)；c)重力
d）其他惯性力(离心力，爵氏力等），e）动力激振力和耦合振动模态；f）气动弹性稳定性影响。
6.6安全系数
失效安全结构部件：安全系数不小于1.5；非失效安全结构部件：应适当增大安全系数。6.7材料选用
所用材料应根据材料标准（或试验数据）数据来选用。7控制与保护装置
风力机组应设计有控制与保护装置。该装置应具有下列功能：a）保护装置成能使任意工作状态中的风轮停止转动；b）控制与保护装置均具有失效安全性；c）应急刹车不受自动控制约束，应能无条件地使风力机组停止工作，d）保护装置应能独立发挥作用，必要时可取代控制装盘，行使保护功能：e）人工于扰不影响保护装置的功能，f）当发生危及风轮安全的机构失效而关机时，自动启动系统不再发挥作用；g）保护装置必须能够使风轮转速保持在设计的极限范围以内：h）设计极限值应包括因保护装置动作所形城的负荷：i）设计配置风轮和校正机舱方向用的制动装置时，应按极限负荷和极限位置设计：i）风力机组在运输过程中，闭锁装置必须确保锁定。8试验
8.1总则
风力机组结构件试验包括实验室试验及外场试验。有条件的还可进行风洞试验。8.2实验室试验
至少应进行下列试验：
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a）风力机组主要结构部件的静、动强度试验：b）风轮、塔架，尾能及整个机组的动态特性测量c）控制与保护装置的功能试验。8.3外场试验
风力发电机组结构件应进行必要的外场试验。8.3.1试验场地
选择的试验场地应满足对试验场地的一般要求，试验条件胶尽可能模拟预计安装地的外部条件，包括风能资源、交通条件、建筑设施条件、仪器设备，技术人员等。一般应选择经认可的风力试验站（场）作为试验场地。
8.3.2试验内容
应进行气动教荷试验和性能试验。8.4试验方法
试验方法包括试验要求、试验内容、试验步骤、试验仪器、溅试方法、数据检查，试验结果和试验报告等。具体的试验方法出产品标推规定。..comGB/T16437—1996
附录A
(标准的附录）
韦布尔(Welbull)分布规律计算式A1累积分布函数F()表示风速小于或等于给定风速的持续时间或概率，即：P-F()
=1 - txp_— (v/e)门
f()day
式中：P—
风速分布概率，无量纲；
F()—累积分布函数，无量纲：
f(u）--概率密度函数，5/m
—来流速度,m/s;
是——-形状因子,无量塑，Www.bzxZ.net
尺度因子,m/.。
A2概率密度函数f(v),在此用风速频率曲线表示，即：f() -dF(r)/dr
=(t/e)(u/e)*-lexp[- (m/e))
式中()
概率密度函数，s/ml
来流速度,t/s;
——形状因子，无量纲；
c—尺度因子，m/s
A3平均风速
式中：f(v)概率密度函数，s/m;来流速度，m/s。
A4标准偏差。
)f()de
式中 u——来流速度,m/s:
元——平均风速，m/s。
A5彻玛（Gamma）函数r(r）
y = (v/c)t
/c r-
= 1 — 1/
则式A1、式A2、式A3可由彻玛函数表示为：F() = 1 exp[-r() + 1/k)(/)
f() (t/u)(v/)*(1+1/k) -expl-\(1+1/)(0/)]=cF(1+ 1/)
..(A1)
-*(A2)
++(A3)
（A5)
（A7）
...( A9)
(A10 )
+(Al1)
式中：w——来流速度，m/s;
—平均风速，m/s
&…形状因子，无量纳
—尺度因子，m/8。
A6瑞利(Rayleigh)分布
GB/T16437-1996
当式A9,式A10中的表=2时，即可得韦布尔分布的一个特例——瑞利分布F() = 1 -exp[— (/A)(/)]
f() = (/2) -w/()exp[— (/4)(/v)]式中·-来流速度m/s.
—平均风速,m/s。
A7韦布尔因子和c的估算可由已知数据按下列的三种方法之一进行a）韦布尔坐标纸法；
b)标准偏差分析法;
c）能量曲线因素分析法。
+***(A12)
(A13 )
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