书 书 书犐犆犛 ２７ ． １８０ 犉 １１ 中华人民共和国国家标准 犌犅 ／ 犜 １３９８１ — ２００９ 代替 ＧＢ ／ Ｔ１３９８１ — １９９２ 小型风力机设计通用要求 犇犲狊犻犵狀犵犲狀犲狉犪犾狉犲狇狌犻狉犲犿犲狀狋狊犳狅狉狊犿犪犾犾狑犻狀犱狋狌狉犫犻狀犲 ２００９  ０４  １３ 发布 ２０１０  ０１  ０１ 实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会 发布书 书 书前 　　 言 　　 本标准代替 ＧＢ ／ Ｔ１３９８１ — １９９２ 《 风力机设计通用要求 》。 本标准与 ＧＢ ／ Ｔ１３９８１ — １９９２ 相比主要变化如下 ： ——— 标准名称改为 “ 小型风力机设计通用要求 ”； ——— 第 １ 章 ～ 第 ３ 章改为 １ 　 范围 、 ２ 　 规范性引用文件 、 ３ 　 术语和定义 ； ——— 将范围适用部分改为 ： 本标准适用于风轮扫掠面积小于或等于 ２００ｍ ２ 的上风向水平轴风力机 的设计 ； 其他类型的风力机可参考使用 ； ——— 将 ７．１．２ 额定风速改为额定 （ 设计 ） 风速 ； ——— 删除了原标准的表 ２ 风力发电机组参数表和表 ３ 风力提水机组参数表 。 本标准由中国机械工业联合会提出 。 本标准由全国风力机械标准化技术委员会归口 。 本标准起草单位 ： 全国风力机械标准化技术委员会秘书处 、 中国农机院呼和浩特分院 、 航空工业部 六二研究所 。 本标准主要起草人 ： 王建平 、 宋经选 、 苏小光 。 本标准所代替标准的历次版本发布情况为 ： ——— ＧＢ ／ Ｔ１３９８１ — １９９２ 。 Ⅰ 犌犅 ／ 犜 １３９８１ — ２００９ 小型风力机设计通用要求 １ 　 范围 本标准规定了小型风力机的设计总则 、 环境条件 、 气动设计 、 载荷 、 强度准则和结构设计 。 本标准适用于风轮扫掠面积小于或等于 ２００ｍ ２ 的上风向水平轴风力机的设计 ； 其他类型的风力机 可参考使用 。 ２ 　 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款 。 凡是注日期的引用文件 ， 其随后所有 的修改单 （ 不包括勘误的内容 ） 或修订版均不适用于本标准 ， 然而 ， 鼓励根据本标准达成协议的各方研究 是否可使用这些文件的最新版本 。 凡是不注日期的引用文件 ， 其最新版本适用于本标准 。 　　 ＪＢ ／ Ｔ７８７８ — １９９５ 　 风力机 　 术语 ３ 　 术语和定义 ＪＢ ／ Ｔ７８７８ 确立的术语和定义适用于本标准 。 ４ 　 符号和单位 犇 ——— 风轮直径 （ ｍ ）； σ ——— 风轮实度 ； 犅 ——— 风轮叶片数 ； λ ——— 叶尖速度比 ； ρ ０ ——— 标准大气密度 （ ｋｇ ／ ｍ ３ ）； 犮 ｐ ——— 风能利用系数 ； 犮 ｍ ——— 扭矩系数 ； 犮 ｔ ——— 轴向推力系数 ； 犘 ——— 功率 （ ｋＷ ）； 犕 ——— 扭矩 （ ＮＭ ）； 犘 ｎ ——— 额定功率 （ ｋＷ ）； 犞 ——— 风速 （ ｍ ／ ｓ ）； 犞 ｍａｘ ——— 安全风速 （ ｍ ／ ｓ ）； 犞 ｎ ——— 额定风速 （ ｍ ／ ｓ ）； 犞 ｄ ——— 设计风速 （ ｍ ／ ｓ ）； Δ 犞 ——— 轴向风速变化量 （ ｍ ／ ｓ ）； 珚 犞 ——— 平均风速 （ ｍ ／ ｓ ）； 珚 犞 ｙ ——— 年平均风速 （ ｍ ／ ｓ ）； 犞 ｉ ——— 区间风速增量的中间值 （ ｍ ／ ｓ ）； 犞 Ｈ ——— 高度 犎 处的风速 （ ｍ ／ ｓ ）； 犞 ０ ——— 参考高度 犎 ０ 处的风速 （ ｍ ／ ｓ ）； 犈 ｙ ——— 年输出能量 （ ｋＷ · ｈ ）。 １ 犌犅 ／ 犜 １３９８１ — ２００９ ５ 　 设计总则 ５ ． １ 　 应具有足够的强度和刚度 。 ５ ． ２ 　 应具有良好的工艺性和经济性 。 ５ ． ３ 　 应具有高的可靠性和良好的使用维护性 。 ５ ． ４ 　 应具有良好的性能 ： ａ ） 　 系统总效率高 ； ｂ ） 工作风速范围宽 ； ｃ ） 对电视 、 电讯传输影响小 ； ｄ ） 噪声低 ； ｅ ） 重量轻 。 ６ 　 环境条件 ６ ． １ 　 大气条件 ６ ． １ ． １ 　 标准大气参数 （ 海平面 ） 压力 　 狆 ０ ＝１０１．３２５ｋＰａ ； 温度 　 狋 ０ ＝１５℃ （ 或 犜 ０ ＝２８８．１５Ｋ ）； 密度 　 ρ ０ ＝１．２２５ｋｇ ／ ｍ ３ 。 ６ ． １ ． ２ 　 温度 设计时所考虑的环境温度范围一般为 －４０℃ ～ ＋４０℃ 。 ６ ． １ ． ３ 　 湿度 风力机的设计应考虑湿度的影响 。 ６ ． ２ 　 盐雾 风力机的设计应考虑盐雾的影响 。 ６ ． ３ 　 冰雪 风力机的设计应考虑积雪和结冰的影响 。 ６ ． ４ 　 砂尘 风力机的设计应考虑砂尘的影响 。 ６ ． ５ 　 雷击 风力机的设计应考虑雷击的影响 。 ６ ． ６ 　 风特性 ６ ． ６ ． １ 　 风速频率 风速频率由年风频曲线描述 ， 年风频曲线由风场对风力进行统计 、 分析并按威布尔分布或瑞利分布 给出 。 典型的年风频曲线如图 １ 所示 。 ６ ． ６ ． ２ 　 风剪切 风剪切数学模型为 ： 犞 Ｈ 犞 ０ ＝ 犎 犎 （） ０ 犪 ………………………………（ １ ） 　　 式中 ： 犞 Ｈ ——— 高度 犎 处的风速 ， 单位为米每秒 （ ｍ ／ ｓ ）； 犞 ０ ——— 参照高度 犎 ０ 处的风速 ， 单位为米每秒 （ ｍ ／ ｓ ）； 犎 ——— 离地面高度 ， 单位为米 （ ｍ ）； 犎 ０ ——— 参照高度 ， 一般 犎 ０ 为 １０ｍ ； 犪 ——— 考虑地面粗糙度影响的指数 ， 犪 的取值范围参照表 １ 。 ２ 犌犅 ／ 犜 １３９８１ — ２００９ 图 １ 　 典型的年风频曲线图 表 １ 　 犪 的取值范围 地 　 面 　 状 　 态 犪 平滑 （ 海面 、 沙 、 雪地 ） ０．１０ ～ ０．１３ 一般不平滑 （ 短草地 、 庄稼地 、 乡村 ） ０．１３ ～ ０．２０ 不平滑 （ 树林 、 市郊 ） ０．２０ ～ ０．２７ 非常不平滑 （ 城区 、 高大建筑 ） ０．２７ ～ ０．４０ ６ ． ６ ． ３ 　 阵风 ６ ． ６ ． ３ ． １ 　 最大瞬时风速 最大瞬时风速等于平均风速与阵风因子的乘积 。 阵风因子一般取 １．５ ～ １．７ 。 ６ ． ６ ． ３ ． ２ 　 轴向风速变化量 轴向风速变化量按式 （ ２ ） 计算 ： Δ 犞 ＝± （ ０ ． ５ ～ ０ ． ７ ） 珚 犞 ………………………………（ ２ ） 　　 式中 ： Δ 犞 ——— 轴向风速变化量 ； 珚 犞 ——— 平均风速 ， 单位为米每秒 （ ｍ ／ ｓ ）。 ６ ． ６ ． ３ ． ３ 　 风向变化角 风向变化角为 ±３０° ～ ±４５° 。 ６ ． ６ ． ４ 　 安全风速 安全风速沿海地区取 ５０ｍ ／ ｓ ， 内陆地区取 ４０ｍ ／ ｓ 。 ６ ． ７ 　 其他环境条件 风力机的设计还应考虑霉菌 、 紫外线 、 酸雨 、 空气污染作用等环境条件的影响 。 ７ 　 气动设计 ７ ． １ 　 主要参数选取 ７ ． １ ． １ 　 切入风速 高速风力机的切入风速不得低于 ３ｍ ／ ｓ ， 不得高于 ５ｍ ／ ｓ ； ３ 犌犅 ／ 犜 １３９８１ — ２００９ 低速风力机的切入风速不得低于 ３ｍ ／ ｓ ， 不得高于 ４．５ｍ ／ ｓ 。 ７ ． １ ． ２ 　 额定 （ 设计 ） 风速 风轮扫掠面积小于等于 ４０ｍ ２ 的风力机额定风速 犞 ｎ 在 ６ｍ ／ ｓ ～ １０ｍ ／ ｓ 之间选择 ； 风轮扫掠面积大于 ４０ｍ ２ 小于等于 ２００ｍ ２ 风力机宜采用设计风速 犞 ｄ ， 应选取安装使用地域风力 机轮毂高处年平均风速的 １．４ 倍 。 ７ ． １ ． ３ 　 停车风速 高速风力机停车风速不低于 １８ｍ ／ ｓ ， 低速风力机停车风速不低于 １４ｍ ／ ｓ 。 ７ ． １ ． ４ 　 风轮直径 风力机的风轮直径按式 （ ３ ） 确定 ： 犇 ＝ ８ 犘 ｎ 犮 ｐ ρ ０ 犞 ２ π η １ η 槡 ２ …………………………（ ３ ） 　　 式中 ： 犇 ——— 风轮直径 ， 单位为米 （ ｍ ）； 犘 ｎ ——— 风力机组额定功率 ， 单位为瓦 （ Ｗ ）； 犮 ｐ ——— 风能利用系数 ； 犞 ——— 设计风速 犞 ｄ 或额定风速 犞 ｎ ， 单位为米每秒 （ ｍ ／ ｓ ）； η １ ——— 发电机或其他工作机效率 ； η ２ ——— 机械传动系统效率 。 ７ ． １ ． ５ 　 叶尖速度比 ７ ． １ ． ５ ． １ 　 叶尖速度比和风轮实度是密切相关的 ， 风轮实度与叶片数及叶片的平面形状有关 。 叶尖速度 比与叶片数的关系见表 ２ ， 叶尖速度比与风轮实度的关系见图 ２ 。 表 ２ 　 叶尖速度比与叶片数关系 叶尖速度比 １ ２ ４ ≥ ５ 叶片数 ８ ～ ２４ ６ ～ １２ ３ ～ ６ ２ ～ ４ ２ ～ ３ 图 ２ 　 叶尖速度比与风轮实度关系曲线 ４ 犌犅 ／ 犜 １３９８１ — ２００９ ７ ． １ ． ５ ． ２ 　 叶尖速度比的取值范围 高速风力机一般取 ６ ～ ８ ， 低速风力机一般不大于 ３ 。 ７ ． ２ 　 翼型选择 风力机叶片的翼型根据下列原则选择 ： ａ ） 　 升阻比高 ； ｂ ） 失速平缓 ； ｃ ） 压力中心随攻角变化小 ； ｄ ） 翼型相