趣味科普！十几米的风速都抗不了？ 涡激振动——风电机组寿命“终结者”

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

八错，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

莂小看涡激振动，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？


这要从引发涡及振动的风速说起

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）。


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）

看看某140m塔架的寿命图


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。


那摸，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，来抑制涡激振动的

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？随便用一个阔以吗？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？？