風力機塔架負載量測與壽命評估方法

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姓名

徐承芃(Cheng-Peng Hsu) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

風力機塔架負載量測與壽命評估方法

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摘要(中)

風力機塔架的設計壽命通常為二十年，台灣地區第一期風力機即將在2020屆滿使用期限。由於過去風力機的設計採用較高的安全係數以及歷年來的平均風速逐漸降低，以至於風力機可能會超過原先的設計壽命。本研究建立了風力機塔架負載量測方法與疲勞壽命分析方法，可做為後續進行塔架延壽評估之基礎。研究對象為台中港區2 MW水平軸風力機(9號機)。在塔架底部黏貼應變規，依據IEC 61400-13規範進行風速及負載量測，並以FAMOS軟體撰寫數據處理程式，求得風速分布及等效負載。在疲勞壽命評估方面，藉由短時間應變量測的馬可夫矩陣及配合風速分布，外推風力機在正常發電狀況下的20年負載歷程及計算疲勞損傷。研究結果顯示，風力機在20年的正常發電狀況下，塔架底部(不考慮螺栓)不會產生疲勞失效。

摘要(英)

The tower of wind turbines is commonly designed for 20-year service life. The first phase of wind turbines in Taiwan will be expired in 2020. Due to reserves resulting from design safety factors and lower average wind speeds than expected, wind turbines are likely to operate beyond their designed life. This study established load measurement method and fatigue life prediction of a 2 MW wind turbine located in Taichung port. The load measurement was done according to the IEC 61400-13 standard, and several strain gages were mounted in the bottom of the wind turbine tower. Wind speed and load data were processed with FAMOS software to obtain wind speed distribution and equivalent load. In respect to fatigue analysis, based on the wind speed distribution, the stress data was extrapolated to gain the endured load spectrum in 20 years. Finally, fatigue damage of the tower was evaluated. From the results, fatigue life of the wind turbine tower under normal operation is far beyond 20 years.

關鍵字(中)

★ 水平軸風力機
★ 塔架負載量測
★ 疲勞壽命評估

關鍵字(英)

★ Horizontal Axis Wind Turbine
★ load measurements of tower
★ fatigue life

論文目次

目錄
摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 viii

第一章緒論 1
1-1 研究背景與動機 1
1-2 國內外風力機發展狀況 3
1-2-1 國內風力機發展概況 3
1-2-2 國外風力機發展概況 5
1-3 研究目的 8
1-4 風力機構造 12
第二章文獻回顧 15
2-1 IEC 61400-13機械負載量測 15
2-2 機率法外推疲勞負載 16
2-3 風力機延壽評估法 16
2-4 應變規於風力機負載量測之應用 17
2-5 風力機疲勞壽命評估 18
第三章研究方法 19
3-1 收集風力機相關資料 20
3-2 負載量測規劃與安裝感測器 20
3-3 外推/重建長期負載 23
3-3-1 由短時間量測到的機械負載作外推 24
3-3-1 由風速紀錄、風力機運轉資料與短時間負載量測作重建 25
3-1 疲勞損傷及殘餘壽命分析 26
3-4-1 應力－壽命曲線(S-N Curve) 28
3-4-2 常用熔融銲接結構疲勞設計規範 29
3-4-3 平均應力的影響 30
3-4-4 循環計數 32
3-4-5 疲勞損傷累積 34
3-4-6 應力-壽命法 35
第四章結果與討論 37
4-1 訊號校正與訊號轉換 37
4-2 負載量測 39
4-3 疲勞壽命評估 52
第五章結論 55
5-1 負載量測 55
5-2 疲勞壽命評估 55
5-3 未來展望 56
參考文獻 57

參考文獻

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[30] 港灣環境資訊網，http://isohe.ihmt.gov.tw/welcome.aspx

指導教授

黃俊仁(Jiun-Ren Hwang)

審核日期

2016-8-3

推文