涡激振动——风电机组寿命终结者

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　　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

　　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

　　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?

　　这要从引发涡激振动的风速说起。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)。

　　不同塔架高度的二阶涡激振动对应的风速范围

　　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)。下面，看看某140m塔架的寿命图：

　　涡激振动风速下与正常运行风速下寿命对比示意图

　　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。

　　那么，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。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?随便用一个可以吗?需不需要经验评估?测试验证?是不是该叫佩奇(哼哼)爬风机上瞅一瞅??

　　来源：每日风电微信公众号(ID：chinawindnews)，作者：供稿(CGC)李煌、李鹏、符鹏程。