关于抑制风机涡激振动的五个为什么

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　　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著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。

　　为什么缆风绳能抑制涡激振动?

　　缆风绳方案简单易行，实践证明该方案具有可靠性和可操作性。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!

　　来源：每日风电公众号(ID：chinawindnews)
　　原文来自：远景能源《风向标》
　　原题：远景风向标︱抑制涡激振动的五个为什么