U kontekstu naglog razvoja moderne vjetroelektrane, posebno vjetroturbina velike-kope na kopnu i moru, vibracije su postale jedan od ključnih faktora koji utječu na sigurnost vjetroturbina, životni vijek, proizvodnju energije i troškove rada i održavanja. Kako visina glavčine vjetroturbine nastavlja da raste, dužina lopatica nastavlja da se produžava, a kapacitet jedne- jedinice nastavlja da raste, problemi kao što su vibracije vjetra, rezonancija tornja, njihanje lopatica, vibracije lanca prijenosa i vibracije temelja s kojima se vjetroturbine suočavaju tokom rada postaju sve izraženiji.
Dakle, zašto je prigušivač vibracija neophodan za operacije vjetroelektrana? Turbulentni vjetrovi, udari, posmični vjetrovi i efekat sjene tornja uzrokuju da lopatice doživljavaju periodično promjenjiv potisak, što dovodi do klapanja i oscilacija lopatica, što se prenosi na glavčinu, glavno vratilo, mjenjač i toranj, što rezultira kontinuiranim vibracijama. Neravnoteža mase radnog kola, neusklađenost glavnog vratila, habanje ležajeva i utjecaji zupčanika mjenjača stvaraju visoko-vibracije, koje su glavni uzroci kvarova lanca prijenosa. Toranj je vitka, fleksibilna struktura sa niskom prirodnom frekvencijom prvog-reda, što ga čini sklonim rezonanciji sa frekvencijom rotacije radnog kola i frekvencijom prolaza lopatice. Jednom kada dođe do rezonancije, amplituda vibracije se drastično pojačava, ugrožavajući sigurnost konstrukcije.
Koje opasnosti izazivaju vibracije za vjetroturbine? Pod kontinuiranim vibracijama, vek zamora menjača, ležajeva, glavnih vratila i sistema skretanja značajno se skraćuje, a stopa kvarova se značajno povećava. Vibracije mogu uzrokovati otpuštanje vijaka prirubnica tornja i vijaka glavnog okvira, au teškim slučajevima mogu se pojaviti naprsline od zamora u zavarenim spojevima. Prekoračenje ograničenja vibracija će pokrenuti smanjenje opterećenja glavnog kontrolnog sistema, ograničavanje brzine i zaštitu od isključivanja, direktno smanjujući vrijeme proizvodnje energije i izlaz. Kvarovi povezani sa-vibracijama čine više od 50% svih kvarova vjetroturbina, a održavanje velikih{5}}visina i troškovi rada i održavanja na moru su izuzetno visoki. Dugotrajna -rezonancija ili ekstremne vibracije mogu dovesti do pucanja oštrice, deformacije tornja, oštećenja temelja, pa čak i ozbiljnih sigurnosnih nesreća.
Ovaj članak uvodi primjenu prigušivača vibracija na lopatice vjetroturbine. Oštrice su komponente koje najviše vibriraju, prvenstveno pokazujući klapanje, oscilaciju, treperenje i neuravnotežene vibracije{1}}indukovane zaleđivanjem. Unutrašnje podešeni prigušivači mase, instalirani na 20%–40% dužine lopatice, koriste blok mase, opruge i prigušnu strukturu kako bi se uskladili sa frekvencijom vibracija lopatice, efikasno potiskujući oscilacije prvog- i drugog- reda i vibracije treperenja, smanjujući trenutak savijanja oštrice zamora i produžavaju vijek trajanja lopatice.
Upotreba prigušivača vibracija smanjuje amplitudu vibracija oštrice za 30% – 60%, smanjuje oštećenje od zamora oštrice za preko 40%, smanjuje rizik od pucanja i odvajanja oštrice i ublažava neuravnotežen utjecaj vibracija zaleđivanja.
Industrija energije vjetra obično koristi prigušivače vibracija različitih tipova i principa rada. Najrasprostranjeniji tip je podešeni prigušivač mase, koji se sastoji od bloka mase, opruge i amortizera. Frekvencija je podešena na glavnu frekvenciju vibracija vjetroturbine. Kada dođe do vibracije, blok mase se kreće u suprotnom smjeru kako bi potrošio energiju. Ima pouzdanu strukturu, stabilan učinak i široku primjenu.
Turbine vjetra na moru rade u okruženjima nekoliko puta težim od kopnenih turbina. Zbog toga, prigušivač vibracija mora ispunjavati visoke zahtjeve otpornosti na koroziju, uključujući vruće-pocinčavanje, nehrđajući čelik 316L, premaz Dacromet, ispitivanje slanom sprejom u trajanju od preko 1000 sati i stabilan rad na temperaturama u rasponu od -40 stepeni do 80 stepeni. Troškovi održavanja na moru su izuzetno visoki, što zahtijeva dugovječni dizajn. Hidraulički amortizer također mora biti dizajniran tako da spriječi curenje ulja koje bi moglo zagaditi ocean.
Koje praktične prednosti vjetroelektrane mogu dobiti od upotrebe prigušivača vibracija?
Povećana proizvodnja energije, smanjene vibracije-pokrenule su ograničenja u snazi i zastoje, stabilan rad u turbulentnim zonama vjetra i ukupno povećanje proizvodnje energije od 2%–8%; produžen životni vek komponenti jezgra, sa životnim vekom oštrice povećan za 20%–40%, životnim vekom mjenjača povećanom za 30%–50%, a oštećenje od zamora tornja smanjeno za 30%–60%; značajno smanjeni troškovi rada i održavanja, manje-operacija održavanja na velikim visinama, manje zamjene mjenjača i ležajeva, ušteda hiljada do desetina hiljada američkih dolara po vjetroturbini na moru godišnje; poboljšana ukupna sigurnost turbine, izbjegavanje rezonancije, poboljšanje preživljavanja pod tajfunima, zemljotresima i valovima i smanjenje rizika od otpuštanja vijaka i pukotina konstrukcije; smanjena buka, uz smanjenu aerodinamičku i strukturnu buku, ispunjavajući zahtjeve zaštite okoliša i olakšavajući odobrenje projekta.
