CN110296855B - 一种评估风力发电机组高柔塔架抗涡激性能的检测方法 - Google Patents

Abstract

一种评估风力发电机组高柔塔架抗涡激性能的检测方法，通过制定测试方案、塔架表面布线、安装扰流单元、按照不同的测试方案进行测试、计算结果等工艺流程，对高柔塔架表面布置的扰流装置进行测试，判断设置扰流装置后的塔架表面涡激振动强度，进而得出扰流装置的抗涡激效果，并进行适当的调节，以提高扰流装置的抗涡激效果，对风力发电机组高柔塔架进行保护。本发明构思新颖，设备安装结构简单，操作方便，仅通过简单的电路控制，即可快速有效的测试出柔性塔架上布置的扰流装置的抗涡激效果，进而对方案进行调整，测试过程快速有效，测试结果精准可靠，效果显著。

Description

一种评估风力发电机组高柔塔架抗涡激性能的检测方法

技术领域

本发明涉及塔架检测技术领域，具体是一种对风力发电机组高柔塔架的抗涡激性能进行评估的检测方法。

背景技术

涡激振动问题是风电行业高柔塔架存在的共性问题，也是高耸结构常见的问题，例如高耸的烟囱。假若构件的自振频率与漩涡的发放频率相接近就会使结构发生共振破坏，这将极大的威胁高耸结构的结构稳定。在风电行业，塔架吊装过程中同样可能存在涡激振动，该振动为塔架的一阶振动，高柔塔架的涡激振动问题为机组的二阶振动问题。

涡激振动现象通常很显著，机组在特定风速下以自振频率大幅度晃动。为了阻止涡激振动的发生，一般可采取两方面措施：一是对于构件进行刚性加固，或者增大尺度提高其刚度，改变构件的自振频率，避免它与漩涡发放频率相接近；二是想办法改变构件后的尾流场，破坏尾流场漩涡的规律性泄放，如在结构上安装螺旋线立板和改变结构截面形状等。具体而言，就是安装在机组内部的质量阻尼器和安装在塔架表面的扰流装置两大类。为了评估抗涡激振动装置的性能，通常在机组上加装振动测试装置，对比启动抗涡激装置启动前后振动参数的变化，进而做出判断。

对于主动式的质量阻尼器类别的抗涡激装置，可以通过实时调整电控参数，形成不同的参数组合方案，进而对比不同参数组合方案下，装置对降低振动的效果。而对于加装在塔架表面的扰流装置，快速的调整扰流装置的布局是难以实现的，因此也难以对比评估多种扰流装置布置方案的实际性能，进而实现优化。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提出一种评估风力发电机组高柔塔架抗涡激性能的检测方法，与振动测试装置配合，快速的检测出风力发电机组高柔塔架抗涡激性能。

本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种评估风力发电机组高柔塔架抗涡激性能的检测方法，包括以下步骤：

（1）制定测试方案：制定出需要进行测试对比的扰流布局方案。

（2）塔架表面布线：根据已经制定的测试方案，在所有涉及到的塔架表面内标记出等间距的网格点，将电力控制线按照标记布置，为每个网格点提供电压电流和控制信号。

（3）安装扰流单元：在每一个网格点处，安装可变扰流单元，并接通电源，确保每个网格点处供电正常且可变扰流单元的充气和排气处于受控状态，每个网格点处的可变扰流单元在电路中并联布置。

（4）进行测试：选择一个测试方案，发送控制信号给相应位置的可变扰流单元充气，通过振动测试装置记录机组的振动数据、风速风向数据和温度压强数据；保持所有可变扰流单元的状态，一直到获取足够数量的测试数据。

（5）重复测试：选择另一个测试方案，重复上步骤的过程，直至测试完成所有的测试方案。

（6）计算结果：将不同测试方案的测试数据绘制成风速-加速度曲线，同时标注空气密度和风向，获取不同方案的抗涡激效果。在特定风速下，最大加速度值越低代表该曲线对应的抗涡激方案效果越好。

在本发明中，所述的测试方案包括不同的测试位置和不同的扰流布局，不同的测试位置如上段扰流、中段扰流、下段扰流、上段与中段扰流、上段与下段扰流、中段与下段扰流、上段中段下段扰流等；不同的扰流布局为在塔架表面选取不同数量和排布的可变扰流单元进行测试。

在本发明中，所述的网格点，均匀分布在塔架的表面，将塔架表面分隔成为等间距的区域，相邻网格点的间隔优选为1m。

在本发明中，所述测试方案中同时进行充气的可变扰流单元为为沿同一斜角方向布置的单列或平行的多个单列，优选的，该斜角为45°。由于网格点的均匀分布，使得斜角为45°时，可变扰流单元的于单列上的分布密度最大，扰流测量效果最好。

在本发明中，所述可变扰流单元，安装在网格点处，每个网格点安装一个可变扰流单元，每个可变扰流单元包括扁平状的收纳仓和置于收纳仓内的弹性的扰流气囊，收纳仓的表面开设有长条状供扰流气囊进出的狭缝，使得扰流气囊处于排气状态时收纳在收纳仓内，处于充气状态时穿过狭缝位于收纳仓外，呈现依狭缝方向的长条状。

进一步的，所述充气后的扰流气囊体积与未充气的扰流气囊相比，增大超过十倍。

进一步的，所述收纳仓通过磁吸底盘牢固吸附在塔架表面的网格点上。

进一步的，所述扰流气囊的充排气口位于收纳仓内，由充气泵进行充气和排气，充气泵由正反转电机带动，整个塔架上所有的正反转电机并联设置。

在本发明中，风力发电机组的涡激振动，通常发生在机组空转状态的特定风速下，空气密度和对风偏差也会产生一定影响。例如，装有机头的柔性塔架二阶频率约为1Hz，对应的发生涡激振动的风速在20m/s附近，俘获该风速下的机组振动状态，时间窗口比较小。常规的方式比如人工缠绕带扰流装置的绳索，很难快速响应，并且在大风条件下的风电机组人工作业是被严格禁止的。本发明提供的测试方法，可以在短时间内（一分钟内）测试出现有扰流方案的抗涡激效果，进而对扰流方案进行调整。

与现有技术相比，本发明构思新颖，设备安装结构简单，操作方便，通过提前施工布置，测试时仅通过简单的电路控制，即可快速有效的测试出柔性塔架上布置的扰流装置的抗涡激效果，进而对方案进行调整，测试过程快速有效，测试结果精准可靠，效果显著。

附图说明

图1 为本发明的塔架塔身展开示意图；

图2 为本发明的测试方案1的可变扰流单元充气状态示意图；

图3 为本发明的测试方案2的可变扰流单元充气状态示意图；

图4 为本发明的测试方案3的可变扰流单元充气状态示意图；

图5 为本发明的电力布置示意图；

图6 为本发明的测试过程控制流程图；

图7 为本发明的可变扰流单元排气状态结构示意图；

图8 为本发明的图7的侧视图；

图9 为本发明的可变扰流单元排气状态内部结构示意图；

图10 为本发明的可变扰流单元充气状态内部结构示意图；

图11 为本发明的可变扰流单元充气状态外形侧视图。

图中：圆柱形塔架塔身1、网格线2、可变扰流单元3、收纳仓4、磁吸底盘5、扰流气囊6、充气泵7、充排气口8。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

一种评估风力发电机组高柔塔架抗涡激性能的检测方法，包括以下步骤：

（1）制定测试方案：制定出需要进行测试对比的扰流布局方案。

（2）塔架表面布线：根据已经制定的测试方案，在所有涉及到的塔架表面内标记出等间距的网格点，将电力控制线按照标记布置，为每个网格点提供电压电流和控制信号。

（3）安装扰流单元：在每一个网格点处，安装可变扰流单元，并接通电源，确保每个网格点处供电正常且可变扰流单元的充气和排气处于受控状态，每个网格点处的可变扰流单元在电路中并联布置。

（4）进行测试：选择如图2所示的测试方案1，发送控制信号给相应位置的可变扰流单元充气，通过振动测试装置记录机组的振动数据、风速风向数据和温度压强数据；保持所有可变扰流单元的状态，一直到获取足够数量的测试数据。

（5）重复测试：继续选择图3所示的测试方案2，重复上步骤的过程，再选择图4所示的测试方案3，重复上步骤的过程。

（6）计算结果：将不同测试方案的测试数据绘制成风速-加速度曲线，同时标注空气密度和风向，获取不同方案的抗涡激效果。在特定风速下，最大加速度值越低代表该曲线对应的抗涡激方案效果越好。

在上述测试过程中，测试方案1选取了一列呈45°斜线上的绕过塔架表面的可变扰流单元3进行测试，如图2所示，可变扰流单元3的扰流气囊6充气后通过振动测试装置记录机组的振动数据、风速风向数据和温度压强数据；测试方案2在测试方案1的基础之上，增加了一列与之平行的可变扰流单元3，如图3所示，可变扰流单元3的扰流气囊6充气后通过振动测试装置记录机组的振动数据、风速风向数据和温度压强数据；测试方案3在测试方案1的基础之上，增加了两列与之平行的可变扰流单元3，如图4所示，可变扰流单元3的扰流气囊6充气后通过振动测试装置记录机组的振动数据、风速风向数据和温度压强数据。

基于上述测试方法，参见图1和图5-11所示的检测设备，所述可变扰流单元3，安装在圆柱形塔架塔身1上的网格线2交汇而成的网格点处，每个网格点安装一个可变扰流单元3，每个可变扰流单元3包括扁平状的收纳仓4和置于收纳仓4内的弹性的扰流气囊6，收纳仓4的表面开设有长条状供扰流气囊6进出的狭缝，使得扰流气囊6处于排气状态时收纳在收纳仓4内，处于充气状态时穿过狭缝位于收纳仓4外，呈现依狭缝方向的长条状；所述收纳仓4通过磁吸底盘5牢固吸附在塔架表面的网格点上；所述扰流气囊6的充排气口8位于收纳仓4内，由充气泵7进行充气和排气，充气泵7由正反转电机带动，整个塔架上所有的正反转电机并联设置。

在上述测试过程中，相应的可变扰流单元3在接收到控制信号后，正反转电机通电，驱动充气泵7通过充排气口8为扰流气囊6充气，扰流气囊6即开始从收纳仓4内穿过狭缝伸出到收纳仓4外，如图7-9所示，达到指定需求的体积后，即充排气口8处压力达到预设压力时，充气泵7停止充气，振动测试装置开始测量数据；更换测试方案时，如果该可变扰流单元3需要充气，则继续保持在该状态，如果该可变扰流单元3需要排气，正反转电机反转，驱动充气泵7通过充排气口8为扰流气囊7吸气，扰流气囊6内气体排完后，缩回到收纳仓4内，如图10-11所示，即完成了排气过程。

因此，结合上述步骤的测试方法和构造可以发现，本发明构思新颖，设备安装结构简单，操作方便，仅通过简单的电路控制，即可快速有效的测试出柔性塔架上布置的扰流装置的抗涡激效果，进而对方案进行调整，测试过程快速有效，测试结果精准可靠，效果显著。

Claims (5)

1.一种评估风力发电机组高柔塔架抗涡激性能的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

制定测试方案：制定出需要进行测试对比的测试方案，测试方案包括不同的测试位置和不同的扰流布局，不同的测试位置包括上段扰流、中段扰流、下段扰流、上段与中段扰流、上段与下段扰流、中段与下段扰流、上段中段下段扰流，不同的扰流布局为在塔架表面选取不同数量和排布的可变扰流单元进行测试；

塔架表面布线：根据已经制定的测试方案，在所有涉及到的塔架表面内标记出等间距的网格点，将电力控制线按照标记布置，为每个网格点提供电压电流和控制信号；

安装扰流单元：在每一个网格点处，安装一个可变扰流单元，并接通电源，确保每个网格点处供电正常且可变扰流单元的充气和排气处于受控状态，每个网格点处的可变扰流单元在电路中并联布置，其中每个可变扰流单元包括扁平状的收纳仓和置于收纳仓内的弹性的扰流气囊，收纳仓的表面开设有长条状供扰流气囊进出的狭缝，使得扰流气囊处于排气状态时收纳在收纳仓内，处于充气状态时穿过狭缝位于收纳仓外；

进行测试：选择一个测试方案，发送控制信号给相应位置的可变扰流单元充气，通过振动测试装置记录机组的振动数据、风速风向数据和温度压强数据；保持所有可变扰流单元的状态，一直到获取足够数量的测试数据；

重复测试：选择另一个测试方案，重复上步骤的过程，直至测试完成所有的测试方案；

计算结果：将不同测试方案的测试数据绘制成风速-加速度曲线，同时标注空气密度和风向，获取不同方案的抗涡激效果。

2.根据权利要求1所述的评估风力发电机组高柔塔架抗涡激性能的检测方法，其特征在于：所述的网格点，均匀分布在塔架的表面，将塔架表面分隔成为等间距的区域。

3.根据权利要求1所述的评估风力发电机组高柔塔架抗涡激性能的检测方法，其特征在于：所述测试方案中同时进行充气的可变扰流单元为沿同一斜角方向布置的单列或平行的多个单列。

4.根据权利要求1所述的评估风力发电机组高柔塔架抗涡激性能的检测方法，其特征在于：所述收纳仓通过磁吸底盘牢固吸附在塔架表面的网格点上。

5.根据权利要求1所述的评估风力发电机组高柔塔架抗涡激性能的检测方法，其特征在于：所述扰流气囊的充排气口位于收纳仓内，由充气泵进行充气和排气，充气泵由正反转电机带动，整个塔架上所有的正反转电机并联设置。

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