در زمینه توسعه سریع صنعت مدرن برق بادی، به‌ویژه توربین‌های بادی{0}در خشکی و فراساحلی با قدرت بالا، ارتعاش به یکی از عوامل اصلی تأثیرگذار بر ایمنی، طول عمر، تولید برق، و هزینه‌های بهره‌برداری و نگهداری توربین‌های بادی تبدیل شده است. همانطور که ارتفاع هاب توربین بادی همچنان افزایش می یابد، طول پره ها همچنان درازتر می شود، و ظرفیت تک واحدی همچنان رشد می کند، مشکلاتی مانند ارتعاش باد، رزونانس برج، تاب خوردن پره، ارتعاش زنجیره انتقال و ارتعاش پایه که توربین های بادی در حین کار با آن مواجه می شوند، به طور فزاینده ای برجسته می شوند.
بنابراین، چرا یک لرزشگیر برای عملیات برق باد ضروری است؟ بادهای متلاطم، تندبادها، بادهای برشی و اثر سایه برج باعث می‌شود که تیغه‌ها به طور متناوب فشار رانش متفاوتی را تجربه کنند که منجر به تکان خوردن و نوسان تیغه می‌شود که به توپی، شفت اصلی، گیربکس و برج منتقل می‌شود و در نتیجه لرزش مداوم ایجاد می‌شود. عدم تعادل جرم پروانه، ناهماهنگی محور اصلی، سایش یاتاقان، و تاثیرات مش بندی دنده گیربکس، همگی باعث ایجاد ارتعاشات با فرکانس بالا{1}} می شوند که از دلایل اصلی خرابی زنجیره انتقال هستند. برج ساختاری باریک و انعطاف‌پذیر با فرکانس طبیعی پایین- مرتبه اول است که آن را مستعد تشدید فرکانس چرخش پروانه و فرکانس عبور تیغه می‌کند. هنگامی که رزونانس رخ می دهد، دامنه ارتعاش به شدت تقویت می شود و ایمنی سازه را تهدید می کند.
لرزش چه خطراتی برای توربین های بادی ایجاد می کند؟ تحت ارتعاش مداوم، عمر خستگی گیربکس ها، بلبرینگ ها، شفت های اصلی و سیستم های انحراف به طور قابل توجهی کاهش می یابد و میزان خرابی به طور قابل توجهی افزایش می یابد. لرزش می تواند باعث شل شدن پیچ های فلنج برج و پیچ های قاب اصلی شود و در موارد شدید ممکن است ترک های خستگی در جوش ها ظاهر شود. تجاوز از محدودیت های ارتعاش باعث کاهش بار سیستم کنترل اصلی، محدود کردن سرعت و حفاظت از خاموش شدن می شود و به طور مستقیم زمان تولید برق و خروجی را کاهش می دهد. خرابی‌های مربوط به ارتعاش بیش از 50 درصد از خرابی‌های توربین‌های بادی را تشکیل می‌دهند و هزینه‌های تعمیر و نگهداری در ارتفاع بالا و عملیات دریایی و هزینه‌های نگهداری بسیار بالاست. رزونانس طولانی مدت یا لرزش شدید ممکن است منجر به ترک خوردن تیغه، تغییر شکل برج، آسیب فونداسیون و حتی حوادث ایمنی جدی شود.
این مقاله به معرفی کاربرد لرزشگیر بر روی پره های توربین بادی می پردازد. تیغه ها شدیدترین اجزای ارتعاشی هستند که عمدتاً لرزش، نوسان، بال زدن و یخ زدن-القای ارتعاش نامتعادل را نشان می دهند. دمپرهای جرمی تنظیم شده داخلی، نصب شده در 20٪ تا 40٪ طول تیغه، از یک بلوک جرمی، فنرها و ساختار میرایی برای تنظیم فرکانس ارتعاش تیغه استفاده می کنند، به طور موثری نوسانات مرتبه اول- و دوم{-را سرکوب می کنند و ارتعاشات تیغه را افزایش می دهد، باعث کاهش طول عمر تیغه می شود.
استفاده از لرزشگیرها دامنه ارتعاش تیغه را 30 تا 60 درصد کاهش می‌دهد، آسیب خستگی تیغه را تا بیش از 40 درصد کاهش می‌دهد، خطر ترک خوردن و جدا شدن تیغه را کاهش می‌دهد و تأثیر نامتعادل لرزش یخ را کاهش می‌دهد.
صنعت برق بادی معمولاً از ارتعاش دمپرهای انواع مختلف و اصول کار استفاده می کند. پرکاربردترین نوع دمپر جرمی تنظیم شده است که از بلوک جرمی، فنر و دمپر تشکیل شده است. فرکانس با فرکانس ارتعاش اصلی توربین بادی تنظیم می شود. هنگامی که ارتعاش رخ می دهد، بلوک جرم در جهت مخالف حرکت می کند تا انرژی مصرف کند. دارای ساختار قابل اعتماد، اثر پایدار و کاربرد گسترده است.
توربین های بادی فراساحلی در محیط هایی چندین برابر خشن تر از توربین های خشکی کار می کنند. بنابراین، دمپر ارتعاش باید الزامات مقاومت در برابر خوردگی بالا، از جمله گالوانیزه داغ، فولاد ضد زنگ 316 لیتر، پوشش داکرومت، آزمایش پاشش نمک برای بیش از 1000 ساعت، و عملکرد پایدار در دماهای مختلف از -40 درجه تا 80 درجه را برآورده کند. هزینه های تعمیر و نگهداری فراساحل بسیار بالا است و طراحی طولانی مدت را ایجاب می کند. دمپر هیدرولیک نیز باید طوری طراحی شود که از نشت نفت که می تواند اقیانوس را آلوده کند، جلوگیری کند.
مزارع بادی با استفاده از لرزشگیر چه مزایای عملی دارند؟
افزایش تولید برق، کاهش ارتعاش{0}}محدودیت‌های برق و قطعی برق، عملکرد پایدار در مناطق باد متلاطم، و افزایش کلی تولید برق بین 2 تا 8 درصد؛ افزایش طول عمر قطعات هسته، با افزایش طول عمر تیغه 20٪ - 40٪، عمر گیربکس 30٪ - 50٪، و آسیب خستگی برج 30٪ - 60٪ کاهش یافت. کاهش قابل توجه هزینه های بهره برداری و نگهداری، کمتر عملیات تعمیر و نگهداری در ارتفاع بالا، جایگزینی گیربکس و یاتاقان کمتر، هزاران تا ده ها هزار دلار آمریکا برای هر توربین بادی دریایی در سال صرفه جویی می شود. بهبود ایمنی کلی توربین، اجتناب از تشدید، افزایش قابلیت بقا در زیر طوفان، زلزله و امواج، و کاهش خطر شل شدن پیچ و ترک خوردگی سازه. کاهش نویز، با کاهش نویز آیرودینامیکی و ساختاری، برآورده کردن الزامات حفاظت از محیط زیست و تسهیل تصویب پروژه.
