CN112360684B - 抑制风机涡激振动的方法 - Google Patents
抑制风机涡激振动的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112360684B CN112360684B CN202011166480.0A CN202011166480A CN112360684B CN 112360684 B CN112360684 B CN 112360684B CN 202011166480 A CN202011166480 A CN 202011166480A CN 112360684 B CN112360684 B CN 112360684B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fan
- blade
- wind
- vortex
- wind wheel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 title abstract description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 11
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 5
- 230000001629 suppression Effects 0.000 abstract 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
- F03D7/0224—Adjusting blade pitch
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/0296—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor to prevent, counteract or reduce noise emissions
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
本发明涉及风机控制领域,尤其涉及一种抑制风机涡激振动的方法。所述风机包括依次连接的风轮系统、机舱和塔架,所述风轮系统包括风轮和连接于风轮(5)上的叶片,所述方法的步骤包括在风机的非通电状态下,参考风机能承受的载荷范围,调整叶片的桨距角。该种方法不仅不需要增加额外的装置,节约成本,而且易于实现,抑制涡激振动效果明显,适合推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及风机控制领域,尤其涉及一种抑制风机涡激振动的方法。
背景技术
涡激振动的原理是:从流体的角度来说,任何非流线型物体,在恒定流速下,都会在物体两侧交替地产生脱离结构物表面的漩涡。这种交替发放的漩涡又会在柱体上生成顺流向及横流向周期性变化的脉动压力,如果此时柱体是弹性支撑的,或者柔性管体允许发生弹性变形,那么脉动流体力将引发柱体(管体)的周期性振动,这种规律性的柱振动反过来又会改变其尾流的漩涡发放形态。当压力的变化与圆柱的固有频率耦合时,就会产生共振振动,即频率锁定现象。因此就风机而言,出现涡激振动是由于漩涡脱落周期与叶片或塔架的固有频率接近,发生了频率锁定现象造成的。
目前在行业内,主要通过偏航对风和调整叶片桨距角来抑制通电状态下风机的涡激振动。如图1所示,但在非通电状态下,即风轮系统已经与机舱结合但还没有上电的情况下,风机也会发生涡激振动,有时是单纯塔架的振动,有时是单纯风机叶片的振动,还有部分是塔架和叶片耦合一起振动引起的。现有技术中抑制塔架的涡激振动方案已经比较成熟,主要采用在塔外壁安装扰流条、在塔架内部安装集中质量式摆锤、在塔架两侧安装缆风绳、在塔架吊装完毕及时安装机舱和叶轮、吊装时关闭塔架门五种方式。但还没有一种抑制叶片的涡激振动,进而抑制塔架与叶片耦合一起振动的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种安全性高,抑制非通电状态下风机涡激振动效果明显,不需要添加额外装置,适合推广使用的抑制风机涡激振动的方法。
为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案为:
一种抑制风机涡激振动的方法,所述风机包括依次连接的风轮系统、机舱和塔架,所述风轮系统包括风轮和连接于风轮上的叶片,所述方法的步骤包括在风机的非通电状态下,参考风机能承受的载荷范围,调整叶片的桨距角。
进一步的,所述风机的非通电状态,包括在风轮系统与机舱组装完成后的调试过程的状态和风机处于吊装完毕通电之前的闲置状态。
进一步的,在风轮系统与机舱组装完成后,叶片处于桨距角为90度的初始状态,在风轮系统与机舱组装完成后的调试过程,参考风机能承受的载荷范围,调整叶片桨距角。
进一步的,在对风轮系统进行吊装之前,结合风机所处风场的以往风资源的数据,对调整叶片角度风机所承受的载荷情况进行仿真分析,确定叶片可以调整的角度范围。
进一步的,在风轮系统与机舱组装完成后的调试过程,所接的外接电源会分别与各个叶片的控制装置进行连接,再由控制装置控制对应的变桨电机调整叶片的角度。
进一步的,各个叶片的调整角度可以相同也可以不同。
进一步的,在风机处于吊装完毕通电之前的闲置状态时,检测到风机发生涡激振动,参考风机能承受的载荷范围,调整叶片桨距角。
进一步的,在风机处于吊装完毕通电之前的闲置状态时,结合当前风机所处风场的风资源的数据,对调整叶片角度风机所承受的载荷情况进行仿真分析,确定叶片可以调整的角度范围。
进一步的,给风机上电,风机电源会分别与各个叶片的控制装置进行连接,再由控制装置控制对应的变桨电机调整叶片的角度。
进一步的,各个叶片的调整角度可以相同也可以不同。与现有技术相比,本发明的优点在于:
1、通过调整叶片桨距角,改变了叶片的气动阻尼,进而抑制了叶片振动频率与脱涡频率相近容易发生频率锁定的现象,解决了现有技术中没有涉及的风机非通电状态下的涡激振动问题,能够有效抑制叶片以及叶片与塔架耦合一起的涡激振动现象。
2、结合风机所处的不同状态,通过仿真对风机内各个关键承载结构进行安全性评估校核,在保证各个关键承载结构可承受的前提下,调整桨距角,保证了风机的安全性。
3、该种方法不仅不需要增加额外的装置,节约成本,而且易于实现,抑制涡激振动效果明显,适合推广使用。
附图说明
图1 为叶片和塔架发生涡激振动的仿真图。
图2 为叶片的坐标系。
附图标记:1、塔架,2、叶片,3、漩涡,4、机舱,5、风轮。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述,但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
实施例:
如图1所示,在侧风(非主风向的风)的影响下,在风机叶片2和塔架1的背风侧的两侧会产生漩涡3并存在脱涡现象,以叶片2为例,在脱涡的过程中会使叶片2发生振动,当叶片2的振动频率与脱涡频率接近时,二者会产生共振,而且很容易发生频率锁定现象,即发生了叶片2的涡激振动。
在风机处于通电状态时,即正常工作状态时,控制系统可以根据当前风向通过机舱4对风轮系统进行偏航处理,使主风向时刻平行于机舱4的XB轴,即使主风向与叶片2工作过程中形成的圆周面始终保持垂直状态,从而起到抑制涡激振动的效果。但在非通电状态,即风轮系统与机舱4组装完成后的调试过程和闲置过程,风机不具备偏航能力,为了不对风机各个关键承载结构的安全性造成影响,需要抑制涡激振动。
实施例1,一种抑制风机涡激振动的方法,所述风机包括依次连接的风轮系统、机舱4和塔架1,所述风轮系统包括风轮5和连接于风轮5上的叶片2,上述方法的步骤包括在风轮系统与机舱4组装完成后的调试过程,参考风机能承受的载荷范围,调整叶片2的桨距角,其中桨距角即叶片弦线与旋转平面的夹角,具体指的是叶片2顶端翼型弦线与旋转平面的夹角。
上述方法的具体步骤为:在风轮系统吊装之前,结合风机所处风场的以往风资源的数据,对调整叶片2角度风机所承受的载荷情况进行仿真分析,确定叶片2可以调整角度的范围。需要参考的风资源参数具体包括空气密度,湍流强度,年平均风速和50年一遇的极限风速。在风轮系统与机舱4组装完成后叶片2处于桨距角为90度的初始状态,在该种状态下,侧风会对叶片2造成较大的涡激振动,因此可以通过调整叶片2的桨距角来抑制涡激振动现象。
在风轮系统与机舱4组装完成后,需要对风机进行调试,在调试过程中通过外接电源对风机进行供电,此时风机属于通电状态,各个叶片2的控制装置可以通过对应的变桨电机,在预先确定的可以调整的角度范围内对桨距角进行调整。各个叶片2的调整角度可以相同也可以不同。
例如在空气密度为1.2 kg/m3,湍流强度是0.12,极限风速是37.5m/s,年平均风速是7.5m/s的情况下,叶片的变桨角度可以分别为(80、80、80)或(80、80、90)或(80、90、90),90度即为没有调整;
在空气密度为1.1 kg/m3,湍流强度是0.12,极限风速是37.5m/s,年平均风速是7.5m/s的情况下,叶片的变桨角度可以分别为(60、70、80)或(60、80、80)或(50、90、90);
在空气密度为1.0 kg/m3,湍流强度是0.12,极限风速是37.5m/s,年平均风速是7.5m/s的情况下,叶片的变桨角度可以分别为(50、80、90)或(40、80、90)或(40、90、90)。
在风机没有发生涡激振动时,根据以往的经验,在各个关键承载结构允许的载荷范围内,在初始状态对叶片2的桨距角进行调整,可以有效预防叶片2发生涡激振动,进而可以预防叶片2与塔架1耦合一起的涡激振动,解决了在非通电状态下风机的涡激振动问题。
本实施例与实施例1的区别在于,风机在吊装完毕通电运行之前,一般会有一段较长的闲置时间,如果检测到风机发生了涡激振动,涡激振动现象较为明显,一般可以通过现场巡查人员观测出,即可以结合当前风机所处风场的风资源的数据,对调整叶片2角度风机所承受的载荷情况进行仿真分析,确定叶片2可以调整角度的范围。然后再给风机进行短暂的通电,各个叶片2的控制装置可以通过对应的变桨电机,在预先确定的可以调整的角度范围内对桨距角进行调整。
当风机已经发生涡激振动时,可以通过调整叶片2桨距角,进而改变叶片2的气动阻尼,从而调整叶片2的振动频率的方法,有效的抑制叶片2以及叶片2与塔架1耦合一起的涡激振动现象。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明的技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种抑制风机涡激振动的方法,所述风机包括依次连接的风轮系统、机舱(4)和塔架(1),所述风轮系统包括风轮(5)和连接于风轮(5)上的叶片(2),其特征在于:所述方法的步骤包括在风机的非通电状态下,参考风机能承受的载荷范围,调整叶片(2)的桨距角;所述风机的非通电状态,包括在风轮系统与机舱(4)组装完成后的调试过程的状态和风机处于吊装完毕通电之前的闲置状态;各个叶片(2)的调整角度可以相同也可以不同;在风轮系统与机舱(4)组装完成后,叶片(2)处于桨距角为90度的初始状态,在风轮系统与机舱(4)组装完成后的调试过程,参考风机能承受的载荷范围,调整叶片(2)桨距角;在对风轮系统进行吊装之前,结合风机所处风场的以往风资源的数据,对调整叶片(2)角度风机所承受的载荷情况进行仿真分析,确定叶片(2)可以调整的角度范围。
2.根据权利要求1所述的抑制风机涡激振动的方法,其特征在于:在风轮系统与机舱(4)组装完成后的调试过程,所接的外接电源会分别与各个叶片(2)的控制装置进行连接,再由控制装置控制对应的变桨电机调整叶片(2)的角度。
3.根据权利要求1所述的抑制风机涡激振动的方法,其特征在于:在风机处于吊装完毕通电之前的闲置状态时,检测到风机发生涡激振动,参考风机能承受的载荷范围,调整叶片(2)桨距角。
4.根据权利要求3所述的抑制风机涡激振动的方法,其特征在于:在风机处于吊装完毕通电之前的闲置状态时,结合当前风机所处风场的风资源的数据,对调整叶片(2)角度风机所承受的载荷情况进行仿真分析,确定叶片(2)可以调整的角度范围。
5.根据权利要求4所述的抑制风机涡激振动的方法,其特征在于:给风机上电,风机电源会分别与各个叶片(2)的控制装置进行连接,再由控制装置控制对应的变桨电机调整叶片(2)的角度。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011166480.0A CN112360684B (zh) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | 抑制风机涡激振动的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011166480.0A CN112360684B (zh) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | 抑制风机涡激振动的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112360684A CN112360684A (zh) | 2021-02-12 |
CN112360684B true CN112360684B (zh) | 2022-07-12 |
Family
ID=74510928
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202011166480.0A Active CN112360684B (zh) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | 抑制风机涡激振动的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112360684B (zh) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114687956A (zh) * | 2022-03-23 | 2022-07-01 | 国电联合动力技术有限公司 | 叶片涡激振动的校核方法及校核装置 |
CN114776522B (zh) * | 2022-06-22 | 2022-09-02 | 华能酒泉风电有限责任公司 | 一种用于解决风电机组涡激振动的方法 |
CN117365843A (zh) * | 2022-06-30 | 2024-01-09 | 金风科技股份有限公司 | 用于风机的抗涡激振动控制方法、装置和系统 |
CN115306656A (zh) * | 2022-08-26 | 2022-11-08 | 华能新能源股份有限公司河北分公司 | 用于双馈风力发电机组的涡激振动抑制监测系统及方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111219294A (zh) * | 2018-11-27 | 2020-06-02 | 维斯塔斯风力系统集团公司 | 风致振动的主动偏航缓解 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8360723B2 (en) * | 2009-09-30 | 2013-01-29 | General Electric Company | Method for reducing vibrations in wind turbines and wind turbine implementing said method |
WO2011051778A1 (en) * | 2009-10-27 | 2011-05-05 | Clipper Windpower, Inc. | System for determining wind turbine blade pitch settings |
US9689374B2 (en) * | 2013-10-09 | 2017-06-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and apparatus for reduction of fatigue and gust loads on wind turbine blades |
CN104533717B (zh) * | 2014-12-12 | 2017-05-03 | 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 | 一种抑制塔架振动方法与系统 |
JP6506664B2 (ja) * | 2015-09-10 | 2019-04-24 | 株式会社日立製作所 | 風力発電システムまたは風力発電システムの制御方法 |
US10337495B2 (en) * | 2016-05-19 | 2019-07-02 | General Electric Company | System and method for reducing vortex-induced tower vibrations of a wind turbine |
CN108005847B (zh) * | 2016-11-02 | 2019-08-06 | 远景能源(江苏)有限公司 | 非发电运行时减小风力涡轮机载荷的方法 |
CN107514344A (zh) * | 2017-08-07 | 2017-12-26 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 风力发电机组的塔架吊装方法及涡激振动监测系统 |
CN107701376B (zh) * | 2017-10-17 | 2019-05-10 | 西南交通大学 | 风机单叶片安装桨距调节方法 |
CN108223293A (zh) * | 2018-01-29 | 2018-06-29 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 用于风力发电机组的吊装方法 |
CN111396249B (zh) * | 2020-03-31 | 2022-08-30 | 新疆金风科技股份有限公司 | 在阵风风况下降低塔架的载荷的方法及装置 |
-
2020
- 2020-10-27 CN CN202011166480.0A patent/CN112360684B/zh active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111219294A (zh) * | 2018-11-27 | 2020-06-02 | 维斯塔斯风力系统集团公司 | 风致振动的主动偏航缓解 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN112360684A (zh) | 2021-02-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN112360684B (zh) | 抑制风机涡激振动的方法 | |
Lee et al. | Effects of platform motions on aerodynamic performance and unsteady wake evolution of a floating offshore wind turbine | |
Zhao et al. | Dynamic analysis of a novel semi-submersible platform for a 10 MW wind turbine in intermediate water depth | |
Hansen | Aeroelastic instability problems for wind turbines | |
CN102032110B (zh) | 减小风力涡轮机中振动的方法和实现该方法的风力涡轮机 | |
Karimirad et al. | A simplified method for coupled analysis of floating offshore wind turbines | |
Xiong et al. | Dynamic response analysis of the rotating blade of horizontal axis wind turbine | |
JP2007138945A (ja) | 風力タービンタワーの変位を減衰させるためのシステムおよび風力タービン | |
CN108222627B (zh) | 圆柱形结构的减振防护主动吹气控制装置 | |
CN106762415B (zh) | 一种降低风力发电机组叶轮不平衡极限载荷的方法 | |
Greenblatt | Fluidic control of a wing tip vortex | |
Sebastian et al. | Offshore floating wind turbines-an aerodynamic perspective | |
CN106049248A (zh) | 利用垂直轴风机对大跨度桥梁进行涡振控制的方法 | |
CN114032779A (zh) | 一种具有风能收集功能的大跨桥梁风振控制方法 | |
Miller | The aerodynamic and dynamic analysis of horizontal axis wind turbines | |
Benner et al. | Vortex-induced vibration of symmetric airfoils used in vertical-axis wind turbines | |
CN103334872A (zh) | 一种风力机叶片及风力机 | |
CN113669194A (zh) | 一种基于仿生凹凸前缘结构的流动分离控制方法 | |
CN116906268A (zh) | 一种变桨抗涡效果检测风力发电机 | |
CN217813752U (zh) | 大型海上风力机叶尖尾缘融合分形孔翼结构及风力机 | |
Williams et al. | Unsteady lift suppression with a robust closed loop controller | |
CN114753963A (zh) | 具有偏转器的风力涡轮叶片和方法 | |
CN113685311A (zh) | 一种风电机组叶片的防振扰流装置 | |
CN111219294B (zh) | 风致振动的主动偏航缓解 | |
Zhu et al. | Underlying principle of efficient propulsion in flexible plunging foils |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |