В условиях быстрого развития современной ветроэнергетики, особенно мощных-наземных и морских ветряных турбин, вибрация стала одним из основных факторов, влияющих на безопасность ветряных турбин, срок их службы, выработку электроэнергии, а также затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание. Поскольку высота ступицы ветряной турбины продолжает увеличиваться, длина лопастей продолжает удлиняться, а мощность отдельных-агрегатов продолжает расти, такие проблемы, как вибрация ветра, резонанс башни, раскачивание лопастей, вибрация трансмиссионной цепи и вибрация фундамента, с которыми сталкиваются ветряные турбины во время работы, становятся все более заметными.
Итак, зачем нужен гаситель вибрации для ветроэнергетических установок? Турбулентный ветер, порывы ветра, сдвиговый ветер и эффект тени башни заставляют лопасти испытывать периодически меняющуюся тягу, что приводит к взмахам и колебаниям лопастей, которые передаются на ступицу, главный вал, коробку передач и башню, что приводит к постоянной вибрации. Дисбаланс массы крыльчатки, смещение главного вала, износ подшипников и удары зацепления шестерен коробки передач создают высокочастотные-вибрации, которые являются основными причинами поломок трансмиссионной цепи. Башня представляет собой тонкую, гибкую конструкцию с низкой собственной частотой первого-порядка, что делает ее склонной к резонансу с частотой вращения крыльчатки и частотой прохождения лопастей. Как только возникает резонанс, амплитуда вибрации резко увеличивается, что ставит под угрозу безопасность конструкции.
Какие опасности представляет вибрация для ветряных турбин? При постоянной вибрации усталостный срок службы коробок передач, подшипников, главных валов и систем поворота значительно сокращается, а частота отказов значительно увеличивается. Вибрация может привести к ослаблению болтов фланца башни и болтов основной рамы, а в тяжелых случаях в сварных швах могут появиться усталостные трещины. Превышение пределов вибрации приведет к снижению нагрузки основной системы управления, ограничению скорости и защите от отключения, что напрямую снижает время выработки электроэнергии и ее выходную мощность. Отказы,-связанные с вибрацией, составляют более 50 % всех отказов ветряных турбин, а затраты на обслуживание и обслуживание на высоте,-в море, а также на море чрезвычайно высоки. Длительный-резонанс или сильная вибрация могут привести к растрескиванию лопастей, деформации башни, повреждению фундамента и даже к серьезным несчастным случаям.
В этой статье рассказывается о применении гасителей вибрации на лопастях ветряных турбин. Лопасти являются наиболее сильно вибрирующими компонентами, в первую очередь вызывая хлопанье, колебание, трепетание и несбалансированную вибрацию,-вызванную обледенением. В демпферах массы с внутренней настройкой, установленных на расстоянии 20–40 % длины лопасти, используется массовый блок, пружины и демпфирующая конструкция, адаптирующаяся к частоте вибрации лопасти, эффективно подавляя колебания первого- и второго-порядков, а также маховые вибрации, уменьшая усталостный изгибающий момент в основании лопасти и продлевая срок службы лопасти.
Использование виброгасителей снижает амплитуду вибрации лопаток на 30–60 %, снижает усталостные повреждения лопаток более чем на 40 %, снижает риск растрескивания и отслоения лопаток, а также смягчает несбалансированное воздействие вибрации от обледенения.
В ветроэнергетике широко используются виброгасители различных типов и принципов работы. Наиболее широко используемым типом является настроенный массовый демпфер, который состоит из материального блока, пружины и демпфера. Частота настроена на основную частоту вибрации ветряной турбины. Когда возникает вибрация, массовый блок движется в противоположном направлении, потребляя энергию. Он имеет надежную структуру, стабильный эффект и широкую применимость.
Морские ветряные турбины работают в условиях, в несколько раз более суровых, чем береговые. Таким образом, гаситель вибрации должен соответствовать высоким требованиям к коррозионной стойкости, включая горячее-оцинкование, нержавеющую сталь 316L, покрытие Dacromet, испытания в солевом тумане в течение более 1000 часов и стабильную работу при температурах от -40 до 80 градусов. Затраты на техническое обслуживание морских объектов чрезвычайно высоки, что требует разработки долговечной конструкции. Гидравлический демпфер также должен быть спроектирован так, чтобы предотвращать утечки масла, которые могут загрязнить океан.
Какую практическую выгоду могут получить ветряные электростанции от использования виброгасителя?
Увеличение выработки электроэнергии, снижение вибрации-вызвали ограничения мощности и простои, стабильную работу в зонах с турбулентным ветром и общее увеличение выработки электроэнергии на 2–8 %; увеличен срок службы основных компонентов: срок службы лопастей увеличен на 20–40%, срок службы коробки передач увеличен на 30–50%, а усталостные повреждения башни снижены на 30–60%; значительное сокращение затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание, меньшее количество операций по техническому обслуживанию на большой высоте, меньшее количество замен редукторов и подшипников, что позволяет экономить от тысяч до десятков тысяч долларов США на одну морскую ветряную турбину в год; повышение общей безопасности турбины, предотвращение резонанса, повышение живучести при тайфунах, землетрясениях и волнах, а также снижение риска ослабления болтов и растрескивания конструкции; снижение шума, снижение аэродинамического и структурного шума, соответствие требованиям охраны окружающей среды и облегчение утверждения проекта.
