塔架技术专题 | 警惕！！！大叶轮刚塔也会发生涡激振动，不光柔塔发生

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何为涡激振动

任何非流线型物体，在一定的稳定流速下，都会在物体两侧周期性地交替产生脱离结构物表面的旋涡，即边界层脱离。这种交替发生的旋涡会在结构物表面上产生周期性变化的横向脉动压力，脉动压力的频率如果和结构固有频率接近，就会引发结构的横向周期性振动，这种规律性的结构物振动反过来又会改变其尾流的涡流脱落形态，加剧表面旋涡的脱离。这种流体-结构物相互作用的现象，被称作“涡激振动”。

涡激振动的发生，会对风力发电机组的吊装、运维产生技术性风险。随着全钢柔塔型风力发电机组的大量使用，风电行业对全钢柔塔型风力发电机组的相关涡激振动技术风险给予了足够的重视，并形成了针对性的应对措施，以规避或抑制其风险。

大叶轮刚塔也会发生涡激振动

但涡激振动并非只发生在全钢柔塔型风力发电机组上，在传统的刚塔上也会发生，尤其在大叶轮刚塔型风力发电机组上表现明显。近段时间，行业内已有数个风电场的大叶轮刚塔型风力发电机组发生了一阶涡激振动且塔顶摆幅较大的事件，甚至产生了严重的后果。涡激振动对大叶轮刚塔型风力发电机组的影响，应引起行业的重视。

对数个大叶轮刚塔型风力发电机组已经发生一阶涡激振动的实际案例进行统计发现：大叶轮刚塔（90~100m轮毂高度）机组，发生一阶涡激振动时，实际双边摆幅约2~3m。

塔架一阶涡激振动（垂直风向，塔顶左右摇摆）
依据此实际摆幅，针对某90m塔架进行安全分析可知，按照不同塔顶双边摆幅，连续振动1分钟后，消耗塔架疲劳寿命如下图所示。

由上图可见：当大叶轮刚塔型机组的一阶涡激振动引起较大的摆幅时，会极大消耗机组的塔架寿命（在2m左右的摆幅下，该大叶片90m刚塔作用1分钟，相当消耗了机组50小时的寿命）。行业应采取措施规避或抑制大叶轮刚塔型机组的一阶涡激振动风险。


大叶轮刚塔型机组一阶涡激振动多发生于机组偏航不对准（尤其侧吹）、停机工况下（风速约5m/s上下——需按照不同机组具体计算其对应风速）。在机组偏航对准或运行工况下，一阶涡激振动的风险很小。

大叶轮刚塔涡激振动怎么防

对于大叶轮刚塔型机组，在不同阶段，可参考下表采取对应的应对措施：

不同阶段应对塔架一阶涡激振动措施

阶段	应对措施
施工吊装阶段	1、应考虑吊装期间涡激振动发生的风速区间； 2、使用扰流条和缆风绳，并确定其使用条件、安装流程、安装位置及拆卸方式； 3、应按照安装手册制定吊装方案，进行吊装； 4、吊装完成后，及时解除风轮锁定状态；
未并网 阶段	1、可考虑配备柴油发电机，在未并网阶段辅助机组进行偏航对风； 2、应参考历史风况条件，偏航至主风向，减小涡激振动发生概率；若发生风向变化，应及时偏航对风； 3、可通过调节不同叶片桨距角的方式增加机组各个方向气动阻尼；
运维阶段	1、减少断电停机时间，避免长时间停机下机组偏航不对准； 2、运维手册中给出一阶涡激振动发生的风速区间，在该振动风速附近，需额外注意塔顶的摆幅情况，异常或过大时禁止登机； 3、停机维护期间，可通过调节不同叶片桨距角的方式增加机组各个方向气动阻尼； 4、建议可针对该风速区间进行断电测试（包含振动和塔顶摆幅的视频记录），判断振动的摆幅和加速度是否在设计范围内； 5、加装振动检测设备，若出现异常振动现象，应及时采取抗涡措施。

综上所述，当大叶轮刚塔型机组的一阶涡激振动引起较大的摆幅时，会大大增加其塔架疲劳累积，降低机组的疲劳寿命。行业应提高对于刚塔一阶涡激振动的关注度，及时采取适当的应对措施，规避或抑制大叶轮刚塔型机组一阶涡激振动风险。同时，行业各方应开展合作，对大叶轮刚塔型机组的一阶涡激振动摆幅较大的原因进行深入研究和调研，并及时制定标准和规范，解决大叶轮刚塔一阶涡激振动摆幅较大的问题，降低其运行风险。CWEA
来源：CGC鉴衡认证 文|宗川翔、符鹏程、李鹏塔架技术专题阅读
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