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十几米的风速都抗不了? 涡激振动——风电机组寿命“终结者”

国际能源网能源资讯频道  来源:风电头条(微信号:wind-2005s )  日期:2019-03-13
   话说,风电机组连50年一遇的极限风速都扛得住(一般30m/s以上),甚至连台风都扛得住,怎么就扛不住普普通通十几米的风了?

图1 搞事情

 
  这一切源自一个深奥的“流体动力学知识点”——卡门涡街~~
 
  简单来说,就是风吹过风电机组的塔架时,会产生……………“卡门涡街”


 
  敲黑板,“卡门涡街”就是:非流线型物体,在稳定的流体中,都会在物体两侧周期性交替的产生脱离结构表面的旋涡


 
  双击666~~~说漩涡不就懂了嘛



 
  水流过石头后,形成1-2串漩涡
 


 
  卡门涡街:艾玛现形了
 
  旗杆后的卡门涡街让红旗来回招展


 
  
卡门涡街:这个锅我背
 
  八错,水流过桥墩,风吹过高塔、烟囱、电线等都会形成卡门涡街,就这么神奇
 


 
  当这个漩涡脱落的频率与物体的固有频率相近时,就可能引发物体的共振,也就是涡激振动
 
  莂小看涡激振动,伦家分分钟导致不可描述的事情~~美国的塔科马海峡大桥,就在上个世纪以这样的方式结束了生命。令人匪夷所思的是吹垮大桥的风不过8级(17.2~20.7m/s)而已。但它在风中诡异扭动的画面,却广为流传。
 





  对于风电机组圆圆的塔架而言,就是这样

 
  哎妈呀,摇摆起来了
 
  换个角度看,就是这样:

 
  一阶涡激振动(垂直风向左右摇摆,基本是顶部作妖)
 
  或者这样

 
  二阶振动(也是垂直风向左右摇摆,然鹅顶部几乎不动,中部摆动)
 
  那问题来了,为神马以前都不注意这事哩?

 
  这要从引发涡及振动的风速说起
 
  以前的塔架比较矮,够刚,频率高,让它涡激振动的临界风速(危险风速)比较高,风电机组很难遇到这种风速,可忽略不计。
 
  而现在经常被使用的全钢高塔,比较柔,频率低,让它涡激振动的临界风速(危险风速)并不高,风电机组一不小心就能遇到这种风速,没法忽略啊(捂脸)。



 
 
  一阶涡激振动会影响风电机组的吊装(塔顶晃来晃去)
 
  二阶涡激振动,其对塔架的损伤会很大
 
  它会快速消耗塔架的寿命,甚至有可能整出超大的极限载荷,让机组直(wu)接(fa)破(wan)坏(hui)
 
  看看某140m塔架的寿命图

 
  模拟显示,某140m塔架1分钟涡激振动消耗的寿命相当于4天正常运行消耗的寿命,也就是累积涡激振动约30小时就会发生疲劳破坏!
 
  如果实际运行过程中风速达到临界风速范围内,就可能发生危险!(十几米都扛不住^&%*@#)

 
  伤害这么大,还有救吗?
 
  可喜的是,还真有!

 
  对于一阶涡激振动,使用最多的措施是:吊装期间,顶部塔筒加装扰流条,破坏卡门涡街漩涡的形成,从而防止涡激振动

 
  另外还有在吊装期间直接安装可拆卸阻尼器的方式
 
  在机组吊装完成后长时间不并网;或运行期间突然长时间断网的情况下,机组均无法正常对风,将容易出现二阶涡激振动。
 
  因此在平时运行维护中,要特别注意不能随便断网停机。

 
  那摸,二阶涡激振动有啥应对的措施?
 
  简单粗暴的方法就是,外接电源,让机组还能正常偏航对风

 
  如外接柴油发电机
 
  或者直接用绳子拽起来

 
  如斜拉索(国内目前还没见过)
 
  还有加装硬件阻尼的方式

 
  如摆锤加阻
 
  还有一些方式,比如通过调整叶片姿态,增加机组气动阻尼,来抑制涡激振动的
 
  那问题又来了,涡激振动风险那么大,这些应对措施都有效吗?效果有多少?随便用一个阔以吗?需不需要经验评估?测试验证?是不是该叫佩奇(哼哼)爬风机上瞅一瞅??

 
  来源:风能专委会
 
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