GB／T 37257-2018标准规范下载简介

GB／T 37257-2018 风力发电机组机械载荷测量

图E.8风速时间历程的逐点比载

图E.9载荷时间历程的逐点比较

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CJJ／T 107-2019 生活垃圾填埋场无害化评价标准能无法通过仿真工具复现的数据 所有方法的基础都是通过某种高通滤波器过滤测量风速以及通过对比滤波风速和未滤波风速信号 的瑞流强度计算系数。系数大小取决于使用的方法

风速（vmas）、平滑滤波风速（vr）以及对应的趋势）

下文提供了检测风速趋势的三种不同方法，仅作为示例方法，还有其他很多不同的方法。 方法A到方法C的共同点是对测量的风速进行了滤波。这些滤波后的风速被用于计算去趋势湍 强度。 方法A一原始风速高通滤波 这种方法使用高通滤波器将测量风速去趋势化。本示例（图F.1)使用截止频率为1/300Hz的 阶巴特沃斯滤波器： 1）Ult=HPF（Umeas—平均（Um）； 2）UHp=Uilt—平均（Uilt）十平均（Umas）。 方法B一低通滤波以及从原始信号去除低通滤波信号 这种方法使用一个低通滤波器将测量风速去趋势化。提供两种方法：一种使用滤波函数，一种使用 滑平均函数， 示例B1：巴特沃斯，一阶，截止频率为0.033Hz 1)Vll=LPF(mes) 示例B2：窗口尺寸=30s，缩减间隔宽度=0.02s 1)Vll=SMA(vmas) 2）VHP=Umas—Vlit+平均（Umas） 方法C 1）将一个10min数据集细分成连续的较小周期（例如，10个周期）； 2）从原始风速信号中提取每个周期的平均值。 方法A至方法C 3）使用去趋势风速信号（UHP）计算端流强度TIHF 标识符系数 方法A至方法C中用于鉴别趋势数据的系数可以是滤波和未滤波湍流强度之间的差值或二者的 比率： TI=TImcasTIHF TI比例=TImeas/TIuP 根据风速将这些系数进行绘图，以鉴别哪些以及多少数据集受到风速趋势的影响。文中这些方法 部无法提供有关数据什么时候受趋势影响以及哪些数据不受趋势影响的绝对标准，这些标准值将由数 居终端用户选择。 图F.2和图F.3显示不同的方法很大程度上鉴别出相同的含风速趋势的数据集，即使系数大小可 能不同。决定哪组数据可能被认为含风速趋势的阈值取决于使用的方法、该方法使用的参数以及测试 场地。只需要在模型验证过程中使用相同的趋势检测方法和阅值.阅值是否精确不关键

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滤波风速与滤波风速流强度的差值（自变量为

未滤波风速与滤波风速瑞流强度的比值（直变蛋

示例窗口尺寸=60s，缩减间隔宽度=0.02s 1)ULp=SMA(Umeas,60) 2）UHP=Umeas一ULP+平均（Umeas） 当来自低频风速变化的端流强度超过来自高频风速变化的湍流强度时，使用方法D来鉴别趋势 趋势标准：IF(TILp>TIHP)

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测试机构仅需强调被鉴别为受趋势影响的数据集，但不应将这些数据集从任何进一步评估中排除。 因此有必要进一步说明使用哪种趋势识别方法以及选择哪些设置。实际载荷模型验证的执行者应最终 快定哪些数据集可能被仿真工具复现。 其他气象参数还可引起测量和仿真数据之间的不充分关联，例如，风切变和风向切变。描述风速趋 势的步骤可适用于描述其他参数

数据采集系统(DAS)用于从一个或多个信号源获取模拟信号，并将这些信号转变成数字格式供终 端设备（例如，数字电脑、记录器或通信网络）分析或传输。DAS保持信号准确性以及完整性的能力是 亥系统质量的主要衡量指标。 模拟信号的采集和转换成数字信号所需的基本组件如下： ·模拟量多路转换器和信号波形调整器； ·采样/保持放大器； ·模拟数字转换器； ·计时或序列逻辑。 模拟误差（例如，增益、偏移和线性误差)还影响A/D转换器的精度。通常，增益和偏移误差可削减 到零，但是线性误差则由DAS电子设备决定

A/D转换器的分辨率是DAS系统精确度的基本衡量标准。A/D转换器中的学节数决定了系统的 分辨率。系统分辨率由最宽动态范围的通道和/或要求最小数据增量的通道决定。有关A/D转换器分 辨率的定义如下：

分辨率=一个LSB= VFSI

LSB 最低有效位； VrsR A/D最大输人电压； n 字节数。 DAS的精确度不会高于它的分辨率。用于机械载荷测量的A/D转换器需具有低于土1/2LSB的 线性误差

G.1.3采样模型和滤波

G.1.3.1模型采样内容

所有数字测量系统的采样模型都具有两个同等重要的用途：第一个是防止在特定的频率范围内产 生混叠频率成分，第二个是以足够的高保真度采集输人波形以达到支持测试目的。DAS的采样模型取 决于三个设定（适用于所有采样测量系统）（如图G.1所示）： ·采样频率的设定，F； ·抗混叠滤波器类型的设定； ·滤波器截止频率的设定，F。。 用于机械载荷测量的DAS不仅要求能够复现被测量的频率，更要求能复现波形。通常复现波形更

难实现，它要求测量系统县有线性相位以及更高的采样率

G.1.3.2有效数据带宽

有效带宽F。是保证信号能够有效通过的最大频率。有效带宽需为最高主频的三倍，而主频则与 测量信号的较高特征值相对应，如表G.1所示。在测量前，风力发电机组制造商应提交风力发电机组的 预期特征频率，例如坎贝尔图

1风力发电机组重要频

G.1.3.3采样频率

确定采样模型，应首先注意有效数据带宽F。以及允许的采样误差。了解允许采样误差和目标误 差，可以获得必要的采样比率。表G.2显示了典型抗混叠滤波器的最小采样比率。使用该比率通过以 下方式获得采样频率：

G.1.3.4抗混叠滤波器类型

抗混叠滤波器应符合复现信号波形的几个要求： 所有测量频率都应处于滤波器传递函数频率响应部分的平直范围内； 所有测量频率都应处于滤波器传递函数相位部分的线性范围内； 所有幅值都应处于输人/输出特征值（线性）的线性范围内

G.1.3.5滤波器的截止频率

截止频率F。的选择取决于抗混叠滤波器传递函数在有效数据带宽范围中的允许误差以及通带 混叠的高频信号的装减量。截止频率越高，滤波通带传递函数误差越小，但能够通过的高频能 多

G.1.4其他注意事项

此外，关于采样误差，滤波器和DAS采样部件存在第二种误差： ·孔径误差； ·传递函数误差； ·采样不足误差； ·漂移误差。 由于输入电压的测量不是零时间差进人A/D转换器，从而造成孔径误差。如果输入电压在该孔径 时间发生变化，在测量值上就会出现误差。 孔径误差定义为由采样期间动态数据变化的不确定性导致采样数据点的幅值和时间误差。在数据 获取和转换系统中，通过使用采样/保持或快速的A/D转换器可以减小孔径误差。 由于每个通道的样本时钟频率的不稳定性，在多通道采样系统中会出现误差，因此数据通道采样在 时间上存在误差。对于规定的被测量，此误差不是误差的主要来源，但是对于更高的带宽测量，例如内 部齿轮箱的测量，该误差影响可能很大。 测量系统本身具有传递函数误差。这种误差发生在波形重新生成时，滤波器相关的响应频率未充 分平坦化和相位未充分线性化。大部分情况下，传递函数误差占主导地位，是误差的主要因素。在频率 响应中0.1dB的误差占该频率下总误差的1%， 模拟数学转换器通常在采样器之前有某种形式的保持器以保持采样期间的输入常数，防止读取误 差。在某些多路转换系统中，所有通道同时保持和采样，而其他则按顺序对每个通道进行保持和采样。 后者需确保获取第一个通道和最后一个通道之间的时间间隔不能太长。关于确定采样系统中此偏差的 文献有很多，此处不再赞述，但是这个系统偏差需在DAS说明中体现。

以下提供了最普遍的3种载荷标定方法的示例： 1）重力载荷（叶片、主轴、如果机舱偏置力矩已知，可用于塔架弯矩）； 2） 解析法（如果梁理论适用，可用于塔架和主轴）； 3）外部载荷（叶片、主轴、塔架弯矩，尤其是非钢塔架)建议使用多种标定方法 应优先使用产生最低不确定度（也是施加的载荷范围的一个函数）的方法。

H.2叶片弯矩的重力载荷标定

风力发电机组制造商提供： ·叶片桨距角； ·叶片质量矩或叶片质量和重心"； ·叶片质量分布3； ·风轮俯仰角； ·风轮锥角，如果标定采用完整的旋转数据，而非仅最大和最小值 风力发电机组控制器应能够使风轮在单叶片变桨时空转。这样便可以对两只叶片进行标定。例 如，在0°桨距角的摆振弯矩，而第三只叶片限制叶尖线速度为5m/s。 应变计安装参数： ·安装截面半径2”； 应变计位置与参考桨距角的偏斜角（如果有）。 标定参数： ·摆振弯矩标定过程中的浆距角； ·挥舞弯矩标定过程中的桨距角。 叶片标定过程： 1) 在叶片标定过程中平均风速应低于5m/s但应能使风轮转动； 2） 以5m/s叶尖速度将风轮慢速转动5圈10圈； 3） 同时标定两只叶片，第三只叶片控制风轮速度； 4） 拟标定叶片的桨距角应调整到叶片摆振方向，或使应变计平面大致与风轮轴线垂直， 从使用的重力距和应变计输出的相关性中计算灵敏度 如果无法实现单只叶片浆距角控制，可在切入风速和低瑞流强度条件下的正常发电情况下完成摆 弯矩标定。挥舞弯矩标定可在低于切人风速的大桨距角的空转数据基础上进行。 有些风轮可通过电动机缓慢转动来定位风轮锁。这将有助于叶片标定，同时也可以在一次测试中 寸所有叶片进行标定

3）测量截面的叶片质量距通过使用叶片制造商提供的仿直叶片质量分布进行计算

附加测试： ·通过将机舱两侧的水平位置上的叶片在整个浆距角范围转动，从而验证摆振方向和挥舞方向应 变计位置。如果叶片指向下风向，其所受气动力将被最小化。这种方法同样适用于上述的标定 方法。 ·使用轮毂内的桨距角参考标记验证桨距信号，例如0°和90°位置。 可以考虑在控制器中执行叶片载荷自动标定程序，在此程序中每个单叶片都会在指向0°或90°桨 距角的时候完成几圈转动。在至少一个月的运行之后，每当首次风速足够低的时候便可运行该程序 一次，

H.3塔架弯矩的解析法标定

风力发电机组制造商提供： ·杨氏模量，最好从材料试验中获得； ·泊松比，最好从材料试验中获得； ·应变计位置截面直径，从图纸上获得： ·应变计位置壁厚，从图纸上获得； ·机舱偏置力矩、机舱质量、机舱重心，应变计安装参数； ·应变计系数"； ·电桥系数； ·应变计电缆长度5。 验证应变计位置截面的几何结构： ·在应变计位置截面或靠近截面的位置测量塔架内周长，从而验证图纸； 使用超声波仪器测量塔架平均壁厚（无涂层），从而验证图纸 标定过程： ·在风速低于5m/s的条件下将机舱偏航几圈，从而计算应变计的偏移量； ·计算应变计系数、电桥系数、电缆长度、塔架直径、壁厚以及材料特性的敏感度； ·通过机舱偏置力矩验证标定结果。 附加测试： 。通过偏航验证应变计位置； ·在实验室进行旁路试验或使用标定过的电桥模拟器来检查应变计放大器函数。 可考虑在控制器中执行自动偏航程序。在至少一个月的运行之后，每当首次风速足够低的时候 行该程序一次，

H.4风轮扭矩的外部载荷标定

风力发电机组制造商提供： ·叶片夹具上最大允许摆振载荷； ·在叶片夹具所在风轮半径位置最大允许挥舞载荷； 风轮锥角， 风力发电机组制造商提供的叶片牵拉设备：

4）T型应变计可能有不同的应变计系数 5）测量从应变计到电桥连接终端的电缆长度，从而修正应变计敏感度

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、移动式吊机； ·叶片夹具； ·钢缆； ·链式起重机。 标定测试中的参数： ·叶片夹具至叶尖的距离； ·施加的标定载荷。 测试机构提供的叶片牵拉设备： ·标定过的测力计； 标定过的应变计放大器。 标定过程： 1）在标定期间平均风速应低于5m/s； 2) 将叶尖夹具固定在叶片上，应与扭矩应变计成直线； 3） 将钢缆固定到夹具上并将叶片调整水平； 4) 使用高速轴制动器固定风轮； 5) 将所有叶片设置到顺浆位置（90°浆距角）； 6) 拉钢缆便其与风轮轴和叶片桨距轴垂直； 7) 记录扭矩信号以及同一测量系统中的标定载荷； 8) 计算施加的风轮扭矩与扭矩应变计相关输出的敏感度； 根据功率、风轮转速和总效率计算出来的额定扭矩来验证标定结果

对于疲劳载荷验证或简单载荷与累积雨流谱对比来说，任何载荷传感器的绝对值都不是必需的。 这也就是说只要标定斜率保持不变，测量信号的偏移可以不同但不会对产生DEL造成显著影响。但是 对于其余的载荷模型验证，则应有可靠的绝对值

所有应变计测量都会或多或少受到测量材料温度的影响。在风力发电机组中的大部分位置，可根 据部件材料选择应变计的类型和配置来弥补这一问题。由于叶片结构由多种材料复合而成，例如玻璃 纤维、木材、碳纤维以及其他材料等，对安装在叶片表面的应变计进行温度补偿会存在一些困难： ·特定叶片材料的未知温度系数； ·铺层顺序的变化； ·同一个电桥内两个应变计位置之间的温度差异。 图I.1淡蓝色散点表示叶片摆振弯矩10min平均值关于风力发电机组功率的函数，从中可以观测 到较高的离散度

图1.1叶片摆振弯矩10min平均值的原始数据和温度补偿后数据（深蓝色）的散点分

片摆振弯矩10min平均值的原始数据和温度补偿后数据（深蓝色）的散点分布图

为了避免在测量信号中出现大的偏移量变化，建议将温度测量装置安装到靠近每个应变计的位

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得到特定测量电桥包含温度影响的标定函数。 需在不同环境温度条件下进行标定，从而建立正确的标定函数。可参见附录G使用缓慢旋转方法 进行标定。标定的温度范围需具有测量场地代表性 如果采集到充足的零位标定，应对每个测试结果相对于应变计位置的温度函数进行标绘。通过随 温度变化的标定点计算线性回归，该线性回归应与相应的温度通道一起被用作新的标定函数，如图1.2 当新的标定可以运行时，重复该程序从而在评估的同时获得最佳标定函数，预计在测量结束时获得最完 整的温度范围和最佳拟合标定函数。 图1.1是叶片摆振弯矩10min平均值散点修正图。深蓝色散点表示同一个信号使用额外的局部温 度计进行温度补偿。 尤其是在温度变化较大的场地，该程序可显著降低不确定度。 在每个应变计处测量温度的更大优势是消除两个半桥之间可能存在的较大温差，进一步提高信号 的精确度。 额外的温度测量可以减少到一只或两只叶片。在大多数情况下可以认为所有叶片温度相等

图I2多次标定推导出的偏移量的线性回归

附录J （资料性附录） 垂直轴风力发电机组机械载荷测量

如使用范围所述，本标准重点介绍水平轴风力发电机组的载荷测量。本附录提供了可用于达里厄 类型垂直轴风力发电机组的机械载荷测量的参数列表。本附录包含了测试要求的主要内容（除非指定 其他指南）。需对信号、测量载荷工况、俘获矩阵以及后处理方法进行评估，如果有需要应进行调整以适 合风力发电机组设计

以下给出了有关垂直轴风力发电机组系统的额外定义 J.2.1 叶片blade 风轮旋转产生空气动力的部分。 注：可以是直的、扫掠的、曲线或螺旋形翼面（升力型)或其他（阻力型）。 J.2.2 连接支撑 connecting strut 将叶片连接在风轮轴上的结构部件 注：可以是或者不是空气动力部件。在有些VAWT设计中没有这种类型的结构部件 J.2.3 法向 normal 与正下风向平行的方向。 J.2.4 径向 radial 在给定高度与叶片弦线垂直的方向。 J.2.5 风轮 rotor 完整旋转组件，包括叶片、连接支撑和风轮轴。 J.2.6 风轮轴 rotorshaft 中央旋转轴。 J.2.7 正切线 tangential 在规定高度与叶片弦线平行的方向

以下给出了有关垂直轴风力发电机组系统的额外定义。 J.2.1 叶片blade 风轮旋转产生空气动力的部分。 注：可以是直的、扫掠的、曲线或螺旋形翼面（升力型）或其他（阻力型）。 J.2.2 连接支撑 connectingstrut 将叶片连接在风轮轴上的结构部件 注：可以是或者不是空气动力部件。在有些VAWT设计中没有这种类型的结构部件 J.2.3 法向 normal 与正下风向平行的方向。 J.2.4 径向 radial 在给定高度与叶片弦线垂直的方向。 J.2.5 风轮rotor 完整旋转组件，包括叶片、连接支撑和风轮轴。 J.2.6 风轮轴 rotorshaft 中央旋转轴。 J.2.7 正切线 tangential 在规定高度与叶片弦线平行的方向

正切线tangential 在规定高度与叶片弦线平行的方向。

图J.1和图J.2表示垂直轴风力发电机组（VAWT)的各个载荷方向的坐标

1和图J.2表示垂直轴风力发电机组（VAWT)的各个载荷方向的坐标系

图J.1达里尼式垂直轴风力发电机组

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图J.2螺旋达里厄式垂直轴风力发电机组

3为正下风方向，朝上，由右手法则确定。 风轮坐标系： 风轮坐标系为关于轴的圆柱坐标系，角度=（ex，e.）是关于下风向的正角度值，轴（er，ea，e 由右手准则确定。 叶片坐标系： 之叶片方向与叶片参考线相切，并指向上方。 y叶片方向垂直于blade和径向矢量e，指向旋转的反方向。 3叶片由右手准则确定（并垂直于叶片）。 注：平面直叶片风轮（倾斜和扫掠角度都为零度)在负方向旋转的情况下，叶片坐标系与风轮坐标系重合

为正下风方向，朝上，由右手法则确定。 风轮坐标系： 风轮坐标系为关于轴的圆柱坐标系，角度=（ex，e.）是关于下风向的正角度值，轴（er，ea，e.） 由右手准则确定。 叶片坐标系： 之叶片方向与叶片参考线相切，并指向上方。 y叶片方向垂直于blade和径向矢量e，指向旋转的反方向。 3叶片由右手准则确定（并垂直于叶片）。 注：平面直叶片风轮（倾斜和扫掠角度都为零度)在负方向旋转的情况下，叶片坐标系与风轮坐标系重合

测量的目的是确定风力发电机组的基本载荷。这些是风力发电机组关键位置的基本载荷，通过这 些载荷可得出风力发电机组所有结构部件的相关基本载荷。测量的基本载荷见表J.1。 对于叶片和支撑，建议额外测量第二只叶片或支撑从而验证测量结果并增加测量穴余。 应测量表J.1中的信号，如果无法测量，则需进行维修

表IIVAWT基本载荷的最低推荐要求

..5.1叶片连接位置弯矩测量

需测量风轮连接处y叶片（正切）以及之叶片（垂直)方向的叶片弯矩。考虑到操作，雷电和环境保护， 传感器应安装在叶片内表面而非外表面。线性应变计电桥需安装在连接点（叶片与连接支撑或/和风轮 结构连接点)处的叶片方向。无论安装位置在哪里，都需测量耦合灵敏度并进行处理。为了方便分析， 应变计安装方向需与叶片坐标系一致

J.5.2叶片跨距中点弯矩

y叶片（正切）和之叶片（垂直)方向的叶片弯矩需在连接点（叶片与连接支撑或/和风轮结构连接点）之 间的跨距中点位置进行测量。为了方便分析，应变计安装方向需与叶片坐标系一致

J.5.3叶片模态频率/阻尼

叶片一阶模态频率和阻尼可通过使用： 桥式应变电桥进行测量后的模态分析进行估算。由 于频率和阻尼都不依赖测量绝对值

y叶片（正切）和之（垂直)方向的支撑弯矩使用线性应变计电桥进行测量，应变计分别布置在叶片和 风轮轴连接点位置附近。应变计需安装在e，（径向）方向

J.5.5连接支撑轴向力

连接支撑eGB/T 41770-2022 基于背光成像技术的液体燃料喷射特性测试方法，径向)方向的力使用线性应变计电桥进行测量，应变计布置在风轮轴连接点位置附 件。应变计需安装在e.（径向）方向

J.5.6连接支撑模态频率/阻尼

连接支撑的一阶模态频率和阻尼可通过使用半桥或全桥式应变电桥测量后的模态分析进行估算 78

连接支撑的一阶模态频率和阻尼可通过使用半桥或全桥式应变电桥测量后的模态分析进行估

由于频率和阻尼都不依赖测量绝对值，因此无需对信号进行标定。

用于测量风轮主轴扭矩的应变计需组成一个全桥电路。两对应变计分别位于下部轴承上方主轴的 寸边位置。如果只用主轴上的一个测量点组成测量电桥，那么弯曲和侧向载荷引起的剪切将会被视为 扭矩。

J.5.8塔架法向弯矩

需按照本标准主体部分的测量方法测量塔架法向弯矩。需使用风向而非偏航位置，将测量弯知 到法向和侧向。

需按照本标准主体部分的测量方法测量塔架法向弯矩。需使用风向而非偏航位置GB 51304-2018 小型水电站施工安全标准，将测量弯矩分 解到法向和侧向。