CN112360684B - 抑制风机涡激振动的方法 - Google Patents

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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

抑制风机涡激振动的方法
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。
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