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远景风向标抑制涡激振动的五个为什么

每日风电 2018-06-20 03:31:53

也许,你已看过《别为“涡激振动”这点事儿担心》一文,不再为120米钢柔塔筒吊装阶段的涡激共振现象担忧,那么不妨再了解一下抑制涡激振动的措施及其原理,知道为什么比知道是什么更有魅力,对吧!



为什么扰流条能抑制涡激振动?


下面这幅有点儿炫酷的照片,说的是风电塔筒海上整体运输方案,你看塔筒上的扰流条,就是为了抑制涡激振动。扰流条因其质量轻、安装方便,在塔筒海上运输场景使用较为普遍。




其原理也比较简单,该方案主要是通过加施在塔筒上的扰流条打乱来风的轨迹,使其不能形成频率稳定的漩涡。下图是塔筒上安装扰流器前后风吹过塔筒产生的漩涡对比情况:




需要说明的是,扰流条大多由塑料泡沫制作的三角柱串联而成,三根扰流条等距缠绕在塔筒上段,底部由细绳牵引至地固定,如下图所示:



为什么阻尼器能抑制涡激振动?

阻尼器法也是抑制涡激振动的常见方案,主要有如下几种类型:


从涡激振动的特点看,集中质量式摆锤方案既方便又有效:作为调谐质量块,摆锤利用反方向惯性力可显着抑制塔筒振动的响应幅值。需要说明的是,摆锤的质量和摆长取决于塔筒本身的质量和刚度,那么不恰当的设计不仅不能达到减振效果,而且可能会恶化振动情况。


据来自广灵风电场安装的实际测试效果显示,集中质量式摆锤方案降低振动幅度达90%!


为什么缆风绳能抑制涡激振动?

缆风绳方案简单易行,远景能源在滨海现场和东台现场进行了实践,证实了该方案的可靠性和可操作性。简单说,该方案通过缆风绳施加外力,破坏塔筒两侧的气动受力情况,并限制塔筒的初始晃动的位移幅度,从而无法产生刚体自由状态下的自我激励从而抑制摆振,导致塔筒无法让涡激过程中晃动产生的振动能量产生累计。


看下图,可以说,两根细绳轻巧地拴住了涡激振动的牛鼻子。


为什么打开塔筒门会放大振动幅度?

你了解这一点吗?塔筒内部的空气质量大约为1至2吨!那么,当塔筒底部门关闭时,由于空气本身的流通性和不可压缩性,会在塔筒内部起到阻尼器的效果,从而会减小塔筒的振动幅度。但当塔筒底部门打开时,塔筒内部由空气构成的阻尼器就失去了效果,因而无法减小塔筒的振动幅度,而且内部流通的气流会和外部的涡流产生叠加效应,从而放大了塔筒的振动幅度。请看下图所示的情形吧!



塔筒门关闭时的气流情况


塔筒门打开时的气流情况


可以看到,在开门和关门的条件下,塔筒下风向的漩涡脱离特征一致,但是门关闭时塔筒内部流动静止,塔筒门开启时可以看到气流从塔筒上方进入塔筒,并在每一层的开口处向下一层形成明显的漩涡,内外漩涡共同作用诱导涡激现象产生或者加剧。为什么有经验的吊装师傅总会在起吊前叮嘱道:“把每节塔筒的过人口和吊装口还有塔筒门统统都关闭!”就是这个道理。


为什么安装风轮后就没了产生涡激振动的条件?


还是从两种状态来说明这个问题:一种是静止状态下,不管风从哪个角度吹来,都会不同程度地受到风轮叶面的影响,进而迅速发生的流场变化就难以形成引起塔筒共振的稳定漩涡。下图的流体仿真结果揭示了这一点。



流场模型俯视图


流场模型侧视图


上面流场仿真模型的图示显示,在风轮静止条件下,可以看到因为风轮的存在,使得空气流经叶片后产生了大量的不规律的漩涡,从而破坏了原本涡激脱离的周期性,从而无法通过规律的涡街分离激发塔筒共振。


另一种就是风机运行状态下,风吹过转动的风轮面,显然不再是原来平稳的方向和速度了,这便根本就不存所谓的“涡”,没“涡”就没“激”,也就没有什么振动了啊!


抑制涡激振动的措施和原理就分享到这儿。值得提醒你的是,120米钢柔塔筒的“事儿”还没有结束,让我们下回见!



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来源:远景能源《风向标》

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