I samband med den snabba utvecklingen av den moderna vindkraftsindustrin, särskilt hög-vindkraftverk på land och till havs, har vibrationer blivit en av de centrala faktorerna som påverkar vindkraftverkens säkerhet, livslängd, kraftgenerering samt drift- och underhållskostnader. När höjden på vindturbinnav fortsätter att öka, bladlängden fortsätter att förlängas och en enda-enhetskapacitet fortsätter att växa, blir problem som vindvibrationer, tornresonans, bladsvajning, transmissionskedjevibrationer och fundamentvibrationer som vindkraftverk möter under drift allt mer framträdande.
Så varför är en vibrationsdämpare nödvändig för vindkraftsdrift? Turbulenta vindar, vindbyar, skjuvvindar och tornskuggeffekten gör att bladen upplever periodiskt varierande dragkraft, vilket leder till att bladen flaxar och oscillerar, vilket överförs till navet, huvudaxeln, växellådan och tornet, vilket resulterar i kontinuerliga vibrationer. Impellermassobalans, felinriktning av huvudaxeln, lagerslitage och växellådans ingrepp i växellådan genererar alla hög-vibrationer, som är viktiga orsaker till fel i transmissionskedje. Tornet är en smal, flexibel struktur med en låg första-naturfrekvens, vilket gör det benäget att resonansera med pumphjulets rotationsfrekvens och bladpassagefrekvens. När resonans inträffar förstärks vibrationsamplituden drastiskt, vilket hotar den strukturella säkerheten.
Vilka faror orsakar vibrationer för vindkraftverk? Under kontinuerliga vibrationer förkortas utmattningslivslängden för växellådor, lager, huvudaxlar och girsystem avsevärt, och felfrekvensen ökar avsevärt. Vibrationer kan göra att tornflänsbultar och huvudramsbultar lossnar, och i svåra fall kan utmattningssprickor uppstå i svetsarna. Överskridande av vibrationsgränserna kommer att utlösa huvudstyrsystemets belastningsreduktion, hastighetsbegränsning och avstängningsskydd, vilket direkt minskar kraftgenereringstiden och -effekten. Vibrationsrelaterade-fel står för mer än 50 % av alla vindkraftsfel, och underhållskostnader på hög-höjd samt drift- och underhållskostnader till havs är extremt höga. Lång-resonans eller extrema vibrationer kan leda till bladsprickor, torndeformation, fundamentskador och till och med allvarliga säkerhetsolyckor.
Den här artikeln introducerar tillämpningen av vibrationsdämpare på vindkraftverksblad. Bladen är de mest våldsamt vibrerande komponenterna, och de uppvisar främst flaxande, oscillerande, fladder och isbildning-inducerad obalanserad vibration. Internt avstämda massdämpare, installerade vid 20 %–40 % av bladets längd, använder ett massblock, fjädrar och dämpningsstruktur för att anpassa sig till bladets vibrationsfrekvens, vilket effektivt dämpar första- och andra-svängningar och flaxande vibrationer, vilket minskar utmattningsbladets livslängd vid böjning av bladroten.
Användningen av vibrationsdämpare minskar bladvibrationsamplituden med 30 %–60 %, minskar bladutmattningsskador med över 40 %, minskar risken för att bladen spricker och lossnar, och mildrar den obalanserade påverkan från isbildningsvibrationer.
Vindkraftsindustrin använder vanligtvis vibrationsdämpare av olika typer och arbetsprinciper. Den mest använda typen är den avstämda massdämparen, som består av ett massblock, en fjäder och en dämpare. Frekvensen är avstämd till vindkraftverkets huvudvibrationsfrekvens. När vibrationer uppstår, rör sig massblocket i motsatt riktning för att förbruka energi. Den har en pålitlig struktur, stabil effekt och bred tillämpbarhet.
Vindkraftverk till havs fungerar i miljöer flera gånger tuffare än landbaserade vindkraftverk. Därför måste vibrationsdämparen uppfylla höga krav på korrosionsbeständighet, inklusive varm-doppförzinkning, 316L rostfritt stål, Dacromet-beläggning, saltspraytestning i över 1000 timmar och stabil drift vid temperaturer från -40 grader till 80 grader. Underhållskostnaderna till havs är extremt höga, vilket kräver en design med lång livslängd. Det hydrauliska spjället måste också utformas för att förhindra oljeläckor som kan förorena havet.
Vilka praktiska fördelar kan vindkraftparker få med att använda vibrationsdämpare?
Ökad kraftgenerering, minskade vibrationer-utlöste effektbegränsningar och stilleståndstid, stabil drift i turbulenta vindzoner och en total kraftproduktionsökning på 2–8 %; förlängd livslängd för kärnkomponenter, med bladlivslängd ökad med 20%–40%, växellådans livslängd ökade med 30%–50%, och tornutmattningsskador minskade med 30%–60%; avsevärt sänkta drift- och underhållskostnader, färre underhållsoperationer på-höjder, färre byten av växellåda och lager, vilket sparar tusentals till tiotusentals US-dollar per havsbaserad vindturbin och år; förbättrad övergripande turbinsäkerhet, undviker resonans, förbättrar överlevnadsförmågan under tyfoner, jordbävningar och vågor, och minskar risken för att bultar lossnar och strukturella sprickor; minskat buller, med minskat aerodynamiskt och strukturellt buller, uppfylla miljöskyddskrav och underlätta projektgodkännande.
