ในบริบทของการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมพลังงานลมยุคใหม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกังหันลมบนบกและนอกชายฝั่งกำลังสูง- การสั่นสะเทือนได้กลายเป็นหนึ่งในปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อความปลอดภัยของกังหันลม อายุการใช้งาน การผลิตไฟฟ้า ตลอดจนค่าใช้จ่ายในการดำเนินการและบำรุงรักษา เนื่องจากความสูงของศูนย์กลางกังหันลมเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ความยาวของใบมีดยังคงยาวขึ้น และความจุหน่วยเดียว-ยังคงเพิ่มขึ้น ปัญหาต่างๆ เช่น การสั่นสะเทือนของลม เสียงสะท้อนของหอคอย การแกว่งของใบพัด การสั่นสะเทือนของโซ่ส่งกำลัง และการสั่นสะเทือนของฐานรากที่กังหันลมต้องเผชิญระหว่างการทำงานกำลังมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ
แล้วเหตุใดตัวหน่วงการสั่นสะเทือนจึงจำเป็นสำหรับการทำงานของพลังงานลม? ลมที่ปั่นป่วน ลมกระโชกแรงเฉือน และเอฟเฟกต์เงาของหอคอย ทำให้ใบพัดได้รับประสบการณ์แรงขับที่แตกต่างกันเป็นระยะ ซึ่งนำไปสู่การกระพือและการสั่นของใบพัด ซึ่งถูกส่งไปยังดุม เพลาหลัก กระปุกเกียร์ และทาวเวอร์ ส่งผลให้เกิดการสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่อง ความไม่สมดุลของมวลใบพัด การเยื้องศูนย์ของเพลาหลัก การสึกหรอของแบริ่ง และตาข่ายเฟืองเกียร์ ล้วนสร้างการสั่นสะเทือนความถี่สูง- ซึ่งเป็นสาเหตุหลักของความล้มเหลวของโซ่ส่งกำลัง หอคอยนี้เป็นโครงสร้างที่เพรียวบางและยืดหยุ่น โดยมีความถี่ธรรมชาติลำดับแรก-ต่ำ ทำให้มีแนวโน้มที่จะสะท้อนกับความถี่การหมุนของใบพัดและความถี่ของทางเดินของใบพัด เมื่อเกิดเสียงสะท้อน แอมพลิจูดของการสั่นจะถูกขยายอย่างมาก ซึ่งคุกคามความปลอดภัยของโครงสร้าง
การสั่นสะเทือนทำให้เกิดอันตรายอะไรต่อกังหันลม? ภายใต้การสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่อง อายุการใช้งานความล้าของกระปุกเกียร์ แบริ่ง เพลาหลัก และระบบการหันเหจะลดลงอย่างมาก และอัตราความล้มเหลวก็เพิ่มขึ้นอย่างมาก การสั่นสะเทือนอาจทำให้โบลต์หน้าแปลนทาวเวอร์และโบลต์เฟรมหลักคลายตัว และในกรณีที่รุนแรง อาจเกิดรอยแตกเมื่อยล้าในรอยเชื่อม การสั่นสะเทือนที่เกินขีดจำกัดจะกระตุ้นให้ระบบควบคุมหลักลดภาระ การจำกัดความเร็ว และการป้องกันการปิดระบบ ซึ่งจะช่วยลดเวลาและเอาท์พุตการผลิตพลังงานโดยตรง ความล้มเหลวที่เกี่ยวข้องกับการสั่นสะเทือน-เป็นสาเหตุมากกว่า 50% ของความล้มเหลวของกังหันลมทั้งหมด และค่าบำรุงรักษาระดับความสูง-ที่สูง รวมถึงการดำเนินงานนอกชายฝั่งและค่าบำรุงรักษาก็สูงมาก เสียงสะท้อนในระยะยาว-หรือการสั่นสะเทือนที่รุนแรงอาจทำให้เกิดการแตกร้าวของใบมีด การเสียรูปของหอคอย ความเสียหายของฐานราก และแม้กระทั่งอุบัติเหตุด้านความปลอดภัยร้ายแรง
บทความนี้จะแนะนำการใช้แดมเปอร์สั่นสะเทือนบนใบกังหันลม ใบมีดเป็นส่วนประกอบที่มีการสั่นสะเทือนรุนแรงที่สุด โดยหลักแล้วจะแสดงการกระพือ การสั่น การกระพือ และน้ำแข็ง-ที่ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนที่ไม่สมดุล แมสแดมเปอร์ที่ปรับจูนภายใน ซึ่งติดตั้งที่ 20%–40% ของความยาวของใบมีด ใช้บล็อกมวล สปริง และโครงสร้างลดแรงสั่นสะเทือนเพื่อปรับให้เข้ากับความถี่การสั่นสะเทือนของใบมีด ระงับการสั่นของลำดับแรก- และลำดับที่สอง-และการสั่นแบบกระพือปีกได้อย่างมีประสิทธิภาพ ลดโมเมนต์การโค้งงอที่รากของใบมีด และยืดอายุของใบมีดได้อย่างมีประสิทธิภาพ
การใช้แดมเปอร์สั่นสะเทือนช่วยลดความกว้างของการสั่นสะเทือนของใบมีดได้ 30%–60% ลดความเสียหายจากความล้าของใบมีดได้มากกว่า 40% ลดความเสี่ยงที่ใบมีดจะแตกและการหลุดออก และลดผลกระทบที่ไม่สมดุลจากการสั่นสะเทือนของน้ำแข็ง
อุตสาหกรรมพลังงานลมมักใช้แดมเปอร์สั่นสะเทือนประเภทต่างๆ และหลักการทำงาน ชนิดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือแมสแดมเปอร์แบบปรับจูน ซึ่งประกอบด้วยแมสบล็อก สปริง และแดมเปอร์ ความถี่จะถูกปรับให้เข้ากับความถี่การสั่นสะเทือนหลักของกังหันลม เมื่อเกิดการสั่นสะเทือน บล็อกมวลจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามเพื่อใช้พลังงาน มีโครงสร้างที่เชื่อถือได้ มีเสถียรภาพ และใช้งานได้หลากหลาย
กังหันลมนอกชายฝั่งทำงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงกว่ากังหันบนบกหลายเท่า ดังนั้น ตัวลดการสั่นสะเทือนจะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านความต้านทานการกัดกร่อนสูง รวมถึงการชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน- สแตนเลส 316L การเคลือบ Dacromet การทดสอบสเปรย์เกลือนานกว่า 1000 ชั่วโมง และการทำงานที่มั่นคงที่อุณหภูมิตั้งแต่ -40 องศาถึง 80 องศา ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษานอกชายฝั่งนั้นสูงมาก ทำให้ต้องมีการออกแบบที่มีอายุการใช้งานยาวนาน แดมเปอร์ไฮดรอลิกต้องได้รับการออกแบบเพื่อป้องกันการรั่วไหลของน้ำมันที่อาจก่อให้เกิดมลพิษในมหาสมุทร
ฟาร์มกังหันลมจะได้รับประโยชน์ในทางปฏิบัติอะไรบ้างจากการใช้ Vibration Damper
การผลิตพลังงานที่เพิ่มขึ้น การสั่นสะเทือนที่ลดลง-ทำให้เกิดข้อจำกัดด้านพลังงานและเวลาหยุดทำงาน การทำงานที่เสถียรในเขตลมปั่นป่วน และการผลิตพลังงานโดยรวมเพิ่มขึ้น 2%–8% อายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นของส่วนประกอบหลัก โดยอายุใบมีดเพิ่มขึ้น 20%–40% อายุกระปุกเกียร์เพิ่มขึ้น 30%–50% และความเสียหายจากความเมื่อยล้าของหอคอยลดลง 30%–60%; ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานและการบำรุงรักษาลดลงอย่างมาก การดำเนินการบำรุงรักษาที่สูง-น้อยลง การเปลี่ยนกระปุกเกียร์และแบริ่งน้อยลง ประหยัดเงินได้หลายพันถึงหมื่นดอลลาร์สหรัฐต่อกังหันลมนอกชายฝั่งต่อปี ปรับปรุงความปลอดภัยโดยรวมของกังหัน หลีกเลี่ยงการสั่นพ้อง เพิ่มความอยู่รอดภายใต้พายุไต้ฝุ่น แผ่นดินไหว และคลื่น และลดความเสี่ยงของการคลายสลักเกลียวและการแตกร้าวของโครงสร้าง ลดเสียงรบกวน โดยลดเสียงรบกวนตามหลักอากาศพลศาสตร์และโครงสร้าง เป็นไปตามข้อกำหนดด้านการคุ้มครองสิ่งแวดล้อม และอำนวยความสะดวกในการอนุมัติโครงการ
