I forbindelse med den hurtige udvikling af den moderne vindkraftindustri, især høje-vindmøller på land og til havs, er vibrationer blevet en af kernefaktorerne, der påvirker vindmøllesikkerhed, levetid, elproduktion samt drifts- og vedligeholdelsesomkostninger. Efterhånden som vindmøllenavhøjden fortsætter med at stige, vinglængden fortsætter med at forlænge, og enkelt-enhedskapaciteten fortsætter med at vokse, bliver problemer såsom vindvibrationer, tårnresonans, vingesvingninger, transmissionskædevibrationer og fundamentsvibrationer, som vindmøller står over for under drift, stadig mere fremtrædende.
Så hvorfor er en vibrationsdæmper nødvendig for vindkraftdrift? Turbulente vinde, vindstød, forskydningsvinde og tårnskyggeeffekten får bladene til at opleve periodisk varierende tryk, hvilket fører til bladflap og svingning, som overføres til navet, hovedakslen, gearkassen og tårnet, hvilket resulterer i kontinuerlige vibrationer. Ubalance i pumpehjulets masse, forskydning af hovedakslen, lejeslid og gearkassens gearindgreb genererer alle højfrekvente-vibrationer, som er væsentlige årsager til transmissionskædefejl. Tårnet er en slank, fleksibel struktur med en lav første-naturlig frekvens, hvilket gør det tilbøjeligt til at resonansere med pumpehjulets rotationsfrekvens og bladpassagefrekvens. Når først resonans opstår, forstærkes vibrationsamplituden drastisk, hvilket truer den strukturelle sikkerhed.
Hvilke farer medfører vibrationer for vindmøller? Under kontinuerlige vibrationer forkortes udmattelseslevetiden for gearkasser, lejer, hovedaksler og krøjesystemer betydeligt, og fejlraten stiger markant. Vibrationer kan få tårnflangebolte og hovedrammebolte til at løsne sig, og i alvorlige tilfælde kan der opstå træthedsrevner i svejsningerne. Overskridelse af vibrationsgrænserne vil udløse hovedkontrolsystemets belastningsreduktion, hastighedsbegrænsning og nedlukningsbeskyttelse, hvilket direkte reducerer strømproduktionstiden og -output. Vibrationsrelaterede-fejl tegner sig for mere end 50 % af alle vindmøllefejl, og vedligeholdelsesomkostninger i høj-højde samt offshoredrift og vedligeholdelsesomkostninger er ekstremt høje. Langvarig-resonans eller ekstreme vibrationer kan føre til revner, tårndeformationer, fundamentskader og endda alvorlige sikkerhedsuheld.
Denne artikel introducerer anvendelsen af vibrationsdæmpere på vindmøllevinger. Blade er de mest voldsomt vibrerende komponenter, der primært udviser flagrende, oscillerende, flagrende og isdannelse-inducerede ubalancerede vibrationer. Internt indstillede massedæmpere, installeret ved 20 %-40 % af bladets længde, bruger en masseblok, fjedre og dæmpningsstruktur til at tune med bladets vibrationsfrekvens, hvilket effektivt undertrykker første- og anden-ordens oscillationer og flagrende vibrationer, reducerer vingens træthedsbøjningslevetid og forlænger bladets bøjningslevetid.
Brugen af vibrationsdæmpere reducerer klingens vibrationsamplitude med 30 %-60 %, reducerer klingens træthedsskader med over 40 %, mindsker risikoen for klinge revner og løsner sig, og mindsker den ubalancerede påvirkning fra isingsvibrationer.
Vindkraftindustrien bruger almindeligvis vibrationsdæmpere af forskellige typer og arbejdsprincipper. Den mest udbredte type er den tunede massedæmper, som består af en masseblok, en fjeder og en dæmper. Frekvensen er indstillet til vindmøllens hovedvibrationsfrekvens. Når der opstår vibrationer, bevæger masseblokken sig i den modsatte retning for at forbruge energi. Det har en pålidelig struktur, stabil effekt og bred anvendelighed.
Havvindmøller opererer i miljøer flere gange mere barske end landmøller. Derfor skal vibrationsdæmperen opfylde høje krav til korrosionsbestandighed, herunder varm-dypgalvanisering, 316L rustfrit stål, Dacromet-belægning, saltspraytest i over 1000 timer og stabil drift ved temperaturer fra -40 grader til 80 grader. Offshore vedligeholdelsesomkostninger er ekstremt høje, hvilket nødvendiggør et design med lang levetid. Det hydrauliske spjæld skal også være designet til at forhindre olielækager, der kan forurene havet.
Hvilke praktiske fordele kan vindmølleparker få ved at bruge Vibrationsdæmper?
Øget strømproduktion, reducerede vibrationer-udløste strømbegrænsninger og nedetid, stabil drift i turbulente vindzoner og en samlet stigning i strømproduktionen på 2 %-8 %; forlænget levetid for kernekomponenter, med klingelevetid øget med 20%-40%, gearkasselevetid øget med 30%-50%, og tårntræthedsskader reduceret med 30%-60%; væsentligt reducerede drifts- og vedligeholdelsesomkostninger, færre vedligeholdelsesoperationer i-højde højder, færre udskiftninger af gearkasser og lejer, hvilket sparer tusinder til titusindvis af amerikanske dollars pr. havvindmølle pr. år; forbedret overordnet turbinesikkerhed, undgå resonans, forbedre overlevelsesevnen under tyfoner, jordskælv og bølger og reducere risikoen for bolteløsning og strukturelle revner; reduceret støj, med reduceret aerodynamisk og strukturel støj, opfylder miljøbeskyttelseskravene og letter projektgodkendelse.
