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Классификация ветроэнергетики и ветрового сопротивления подъемной мачты

2019年12月17日

风力的等级划分与Lift мачт的抗风性能

风力是指风吹到物体上所表现出的力量的大小一般根据风吹到地面或水面的物体上所产生的各种现象把风力的大小分为18个等级最小是0级最大为17级

风速是风的前进速度相邻两地间的气压差愈大空气流动越快风速越大风的力量自然也就大所以通常都是以风力来表示风的大小风速的单位用每秒多少米或每小时多少公里来表示而发布天气预报时大都用的是风力等级

风力等级对照表

 

风级 имя 风速(m/s) (km/h) 陆地地面物象 海面波浪 浪高(м) 最高(м)
0 无风 0.0-0.2 <1 烟直上 平静 0 0
1 软风 0.3-1.5 1月5日 烟示风向 微波峰无飞沫 0.1 0.1
2 轻风 1.6-3.3 6月11日 感觉有风 小波峰未破碎 0.2 0.3
3 微风 3.4-5.4 12月19日 旌旗展开 小波峰顶破裂 0.6 1
4 和风 5.5-7.9 20-28 吹起尘土 小浪白沫波峰 1 1.5
5 清风 8.0-10.7 29-38 小树摇摆 中浪折沫峰群 2 2.5
6 强风 10.8-13.8 39-49 电线有声 大浪白沫离峰 3 4
7 劲风(疾风) 13.9-17.1 50-61 步行困难 破峰白沫成条 4 5.5
8 大风 17.2-20.7 62-74 折毁树枝 浪长高有浪花 5.5 7.5
9 烈风 20.8-24.4 75-88 小损房屋 浪峰倒卷 7 10
10 狂风 24.5-28.4 89-102 拔起树木 海浪翻滚咆哮 9 12.5
11 暴风 28.5-32.6 103-117 损毁重大 波峰全呈飞沫 11.5 16
12 台风 32.7-36.9 117-134 摧毁极大 海浪滔天 14
(一级飓风)
13 台风 37.0-41.4 134-149
(一级飓风)
14 强台风 41.5-46.1 150-166
(二级飓风)
15 强台风 46.2-50.9 167-183
(三级飓风)
16 超强台风 51.0-56.0 184-201
(三级飓风)
17 超强台风 56.1-61.2 202-220
(四级飓风)
17级以上 超强台风 ≥61.3 ≥221
(四级飓风)
超级台风 ≥250
(五级飓风)

注1本表所列风速是指平地上离地10米处的风速值

注2超级台风(super typhoon)为美国对顶级强度台风的称谓

 

风速测量仪器种类

风杯风速计它是最常见的一种风速计转杯式风速计最早由英国 J.T.R.鲁宾孙发明(1846)当时是四杯,后来改用三杯三个互成120度固定在架上的抛物形或半球形的空杯都顺一面整个架子连同风杯装在一个可以自由转动的轴上在风力的作用下风杯绕轴旋转其转速正比于风速转速可以用电触点测速发电机或光电计数器等记录

два 螺旋桨式风速计它是一组三叶或四叶螺旋桨绕水平轴旋转的风速计螺旋桨装在一个风标的前部使其旋转平面始终正对风的来向它的转速正比于风速

три 热线风速计一根被电流加热的金属丝,流动的空气使它散热,利用散热速率和风速的平方根成线性关系,再通过电子线路线性化(以便于刻度和读数),即可制成热线风速计热线风速计分旁热式和直热式两种旁热式的热线一般为锰铜丝其电阻温度系数近于零它的表面另置有测温元件直热式的热线多为铂丝在测量风速的同时可以直接测定热线本身的温度热线风速计在小风速时灵敏度较高适用于对小风速测量它的时间常数只有百分之几秒,Это является важным инструментом для атмосферной турбулентности и сельскохозяйственных метеорологических измерений。

четыре Акустический анемометр。составляющая скорости ветра в направлении распространения акустической волны будет увеличиваться (или уменьшения) акустическая скорость распространения,При этом функция может быть использована для получения акустического анемометра для измерения составляющей скорости ветра。Существуют, по крайней мере, две пары акустического анемометра индуктивного элемента,Каждая пара содержит эхолот и приемник друг с。使两个发声器的声波传播方向相反如果一组声波顺着风速分量传播另一组恰好逆风传播则两个接收器收到声脉冲的时间差值将与风速分量成正比如果同时在水平和铅直方向各装上两对元件就可以分别计算出水平风速风向和铅直风速由于超声波具有抗干扰、Направленные выгоды хорошие,Частоты акустического звука в ультразвуковом анемометр множество излучаемого сегмента。

Различные виды анемометра могут быть применены к различным случаям,В настоящее время более пропеллерный анемометра и тепловой анемометр。

наLift мачтПонимание сопротивления ветра

Мачта силы ветра является одним из важных показателей тучных продуктов。每个客户都想知道自己所用的桅杆在安装了负载物后能够承受多大的风力但目前几乎没有人能准确回答这个问题这是因为升降桅杆的抗风性能决定于以下三个因素

A桅杆的材质和结构

B桅杆的使用高度

C负载物的重量体积和外形

在上述三个条件都明确的情况下要得出具体抗风性能的指数可通过以下三种方式

(1) 理论计算 即使用有限元分析等方法

(2) 模拟实验 即将不同等级的风力折算成风压再使用物理方法(拉力计)进行测试

(3) 风洞实验 即将桅杆与负载物置于风洞中模拟风速进行测试

以上三种方法中第三种方法可以提供较为接近实际的数值。но,风洞实验的代价和条件要求非常高。например,18米高带负载物的桅杆做风洞实验有没有这么大的风洞?能否做?要花多少钱?都是个难题。и так,对于桅杆制造商来说有关桅杆的抗风性能指标只能通过上述前两种方法来提供

桅杆抗风性能的计算方法

(本计算方法是简单的理论计算公式仅供参考。)

举个例子

楼顶有一个有Φ50mm钢管制作的高度5米避雷针靠4个M10的螺钉固定在10级风下的风压和抗风强度计算如下

Прежде всего:风压就是垂直于气流方向的平面所受到的风的压力

根据伯努利方程风的动压为wp=0.5·ro·v2

其中wp为风压[kN/m2];ro为空气密度[kg/m3];v为风速[m/s]

由于空气密度(ro)和重度(r)的关系为r=ro·грамм;因此 ro=r/gwp=0.5·r·v2/g

在标准状态下, 空气密度r=0.01225 [kN/m3];重力加速度g=9.8[m/s2],wp=v2/1600

将风速代入, 10 级大风相当于 24.5-28.4m/s, 取风速上限 28.4m/s, 得风压wp=0.51[kN/m2]

就是每平方米面积承受约51千克力

对于此避雷针其迎风面积等于0.25m2它所承受的10级风下的压力为:12.75kN力臂长度2.5m

依据力学中的杠杆公式此时固定螺钉所承受的力矩为:31.875kN.m

假设螺钉长度为10厘米则4个螺钉所承受的总拉力为318.75kN

查机械手册(也可参照GB/T 3098.13-1996),M10螺丝的破坏扭矩是102KN则其合力为408KN

因为固定螺丝合力408KN大于318.75KN,и так,在10级风下这根避雷针不会被吹倒

Lift мачт的抗风计算要复杂的多因为这个基础上还要考虑升降桅杆本身的材质和结构、монтаж、使用高度负载重量与形状等因素还有客户使用环境的不同各种气候条件实际参数的不同得出的结果也不同而各种气象参数采集的数据很难有准确的所以对于升降桅杆生产商来说,Технические параметры производительности подъема производства мачты должны быть больше расчетными теоретические технические параметры。

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