风力发电机组的振动

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5日下午2点左右，虎门大桥桥面发生明显振动，大桥管理部门迅速启动应急预案，联合交警部门采取了双向交通管制措施。虎门大桥为何会发生抖动？据交通运输部专家工作组成员、中交公路规划设计院教授吴明远介绍，悬索桥会有两种振动，一种是会影响舒适性的，叫涡振；另外一种是会影响桥梁安全性的，叫颤振。虎门大桥这次发生的振动，主要是影响舒适性的涡振，对桥梁结构不会产生大的影响。

其实涡激振动也是风电机组寿命“终结者” ，小编去年与大家分享过关于涡激振动的文章，接下来一起再了解下涡激振动的成因、危害以及如何预防！

十几米的风速都抗不了？

涡激振动——风电机组寿命“终结者”

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？

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

别小看涡激振动，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

风力发电机组的振动

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？

战略上藐视战术上重视，防好涡激振动，柔塔高枕无忧！

不少盆友表示“涡激振动”介么厉害，柔塔的安全性还有保障吗？

Yes！Yes！！Yes！！！

规规矩矩、认认真真做事，就OK

规矩、认真做事，就OK

规矩、认真，OK

套用伟人的话，就是要

战略上藐视它

，战术上重视它

让我们回顾塔科马海峡大桥坍塌事件

它引发了全世界对风振问题的研究

通过深入的研究和试验

“涡激振动”被视为罪魁祸首

人们发现涡激振动有两个必要条件▼

持续稳定的卡门涡街（Karman Vortex Street）

漩涡脱落频率与物体固有频率相近形成共振

据此，规避涡激振动的措施陆续诞生

如：建造桥梁时常修改结构断面形状或安装空气稳定装置，通过改善绕过断面的气流防止产生稳定的卡门涡街▼

或者通过安装阻尼器等方式减小桥梁的涡激振动▼

柔塔的涡激振动风险

“防治原理”也与桥梁类似

行业的研究同样是比较成熟的

吊装期间，卡门涡街的脱落频率和塔架的一阶频率接近容易发生一阶涡激振动，

加装扰流条可以有效破坏塔筒表面的旋涡，避免卡门涡街稳定产生。

直接在塔顶附近增加可拆卸塔架阻尼（如沙袋），亦可有效减小涡激振动。对于不同的柔塔，需要经过审慎计算和评估，确定扰流条或者阻尼器的安装方式。

吊装完成，风电机组在正常运行期间有木有涡激振动的风险呢？答案是风险较小，这是因为：涡激振动需要稳定的风，而运行期间，机组正常偏航对风的情况下，每个叶片通过塔筒时都会影响风的流动，破坏了稳定漩涡的形成抑制了涡激振动的产生。

然鹅，吊装完成后长时间不并网，或者机组并网后，出现断网停机。由于机组在失电的情况下无法正常偏航对风叶片破坏旋涡的作用消失，气动阻尼减小。在十几到二十几米的风速附近，卡门涡街的脱落频率与塔架的二阶频率接近，就容易发生二阶涡激振动剧烈消耗塔架的疲劳寿命，甚至直接破坏塔架▼

该阶段可以采用外接电源让机组正常偏航对风，通过增加气动阻尼，并破坏稳定漩涡的形成，抑制涡激振动的效果。

二阶涡激振动主要是塔架中部晃动厉害，也可在此处增加硬件阻尼。

如：摆锤加阻▼

塔筒晃动时，摆锤将反方向晃动，从而抑制塔架振动。

又如：水箱加阻▼

塔筒晃动时，液体将反方向晃动，从而有效抑制塔架振动。（小编找不到实物图，只好拿大楼水箱加阻的示意图说明）

再者可以调整叶片姿态来防涡

风电柔塔需根据塔架的设计来定制二阶阻尼器

其效果是否能达到预期需要通过相应的测试来检验

总而言之言而总之

对涡激振动的充分认识

以及成熟规避措施的应用

使得人类近几十年来得以不断突破桥梁的跨度记录

塔科马海峡大桥的倒塌

成了后世桥梁建造的基石

指引着一代代工程师在经验教训中不断前行

此后几十年

桥梁再未发生过因涡激振动而坍塌的事件

同样的，只要我们充分意识到

柔塔所存在的涡激振动风险

施以充分的应对措施

并通过评估和检测试验

风力发电机组的振动

认真瞅一瞅

柔塔涡激振动风险完全可以避免

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