风轮质量不平衡对风电机组载荷的影响分析

　　摘 要：本文理论推导了风电机组风轮质量偏心距的计算方法，并通过算例分析，给出了不同风轮最大质量偏心矩情况下风电机组各重要载荷点处的等效疲劳载荷变化情况，阐明了风轮质量不平衡对风电机组载荷的严重影响，说明了在实际风电机组设计和生产中严格控制和明确风轮质量偏心距的必要性，为风电机组优化设计提供了参考。

　　1 概述
　　在风电机组整机载荷计算中，根据相关规范或标准，需要考虑风轮的质量不平衡。目前， IEC61400 系列技术规范及其他认证规范中均没有提到对风轮质量不平衡的具体数量上的要求，只有在GL 1999 年版认证规范（此规范已经失效）和JB/T 10300-2001《风电机组 设计要求》标准中有这样的要求，即对配平过的风轮和没有配平过的风轮需分别考虑0.005R 和0.05R 的质量偏心距，其中R 为风轮半径。对风轮直径为100m 的风电机组，由于叶片一般在出厂前都需要进行质量配平，因此其质量偏心距可选为250mm。假设风轮的质量为80t，则风轮的最大质量偏心矩为20000kgm，这样的偏心矩是非常大的，对载荷影响非常大。因此，在风电机组设计和生产时，必须认真考虑和控制风轮的质量不平衡。
　　2 风轮最大水平质量偏心距计算
　　在风电机组整机载荷计算时需要按最不利的情况考虑风轮质量的不平衡。为了简化问题，风轮偏心距可以分两风轮质量不平衡对风电机组载荷的影响分析上海电气风电设备有限公司︱郭元超 许移庆 王凡 连西岗步进行计算，即先计算三只叶片最大合成质量偏心矩对应的偏心距，此偏心距即三只叶片合成水平最大质量偏心距，再计算三只叶片合成水平最大质量偏心距与轮毂偏心距在最不利情况下的合成偏心距，此偏心距即风轮最大水平质量偏心距，此偏心距对应的风轮质量偏心矩即风轮的最大水平质量偏心矩。
　　2.1 三只叶片合成水平最大质量偏心距计算
　　三只叶片的初始位置（黑色）和顺时针旋转了α 角度后（深蓝色）的位置如图1 所示：