Στο πλαίσιο της ταχείας ανάπτυξης της σύγχρονης βιομηχανίας αιολικής ενέργειας, ιδιαίτερα των χερσαίων και υπεράκτιων ανεμογεννητριών υψηλής ισχύος, οι κραδασμοί έχουν γίνει ένας από τους βασικούς παράγοντες που επηρεάζουν την ασφάλεια, τη διάρκεια ζωής, την παραγωγή ενέργειας και το κόστος λειτουργίας και συντήρησης των ανεμογεννητριών. Καθώς το ύψος του κόμβου της ανεμογεννήτριας συνεχίζει να αυξάνεται, το μήκος των πτερυγίων συνεχίζει να επιμηκύνεται και η χωρητικότητα μιας μονάδας-συνεχίζει να αυξάνεται, προβλήματα όπως η δόνηση του ανέμου, ο συντονισμός πύργου, η ταλάντευση πτερυγίων, η δόνηση της αλυσίδας μετάδοσης και η δόνηση θεμελίωσης που αντιμετωπίζουν οι ανεμογεννήτριες κατά τη λειτουργία γίνονται όλο και πιο εμφανή.
Λοιπόν, γιατί είναι απαραίτητος ένας αποσβεστήρας κραδασμών για τις λειτουργίες αιολικής ενέργειας; Οι τυρβώδεις άνεμοι, οι ριπές, οι άνεμοι διάτμησης και το φαινόμενο της σκιάς του πύργου προκαλούν τα πτερύγια να παρουσιάζουν περιοδικά μεταβαλλόμενη ώθηση, οδηγώντας σε πτερύγια και ταλάντωση της λεπίδας, η οποία μεταδίδεται στην πλήμνη, τον κύριο άξονα, το κιβώτιο ταχυτήτων και τον πύργο, με αποτέλεσμα συνεχή δόνηση. Η ανισορροπία της μάζας της πτερωτής, η κακή ευθυγράμμιση του κύριου άξονα, η φθορά των ρουλεμάν και οι κρούσεις στο πλέγμα του κιβωτίου ταχυτήτων προκαλούν κραδασμούς υψηλής-συχνότητας, οι οποίοι είναι οι κύριες αιτίες αστοχιών της αλυσίδας μετάδοσης. Ο πύργος είναι μια λεπτή, εύκαμπτη κατασκευή με χαμηλή-φυσική συχνότητα πρώτης τάξης, που τον καθιστά επιρρεπή σε συντονισμό με τη συχνότητα περιστροφής της πτερωτής και τη συχνότητα διέλευσης της λεπίδας. Μόλις εμφανιστεί συντονισμός, το πλάτος της δόνησης ενισχύεται δραστικά, απειλώντας τη δομική ασφάλεια.
Τι κινδύνους προκαλεί η δόνηση στις ανεμογεννήτριες; Υπό συνεχείς κραδασμούς, η διάρκεια ζωής των κιβωτίων ταχυτήτων, των ρουλεμάν, των κύριων αξόνων και των συστημάτων εκτροπής μειώνεται σημαντικά και το ποσοστό αστοχίας αυξάνεται σημαντικά. Η δόνηση μπορεί να προκαλέσει χαλάρωση των μπουλονιών της φλάντζας πύργου και των μπουλονιών του κύριου πλαισίου και σε σοβαρές περιπτώσεις μπορεί να εμφανιστούν ρωγμές κόπωσης στις συγκολλήσεις. Η υπέρβαση των ορίων κραδασμών θα ενεργοποιήσει τη μείωση του φορτίου του κύριου συστήματος ελέγχου, τον περιορισμό της ταχύτητας και την προστασία από την απενεργοποίηση, μειώνοντας άμεσα τον χρόνο παραγωγής και την παραγωγή ενέργειας. Οι αστοχίες που σχετίζονται με τους κραδασμούς-ευθύνονται για περισσότερο από το 50% όλων των αστοχιών ανεμογεννητριών και το κόστος συντήρησης σε μεγάλο-υψόμετρο και υπεράκτιας λειτουργίας και συντήρησης είναι εξαιρετικά υψηλά. Ο μακροχρόνιος συντονισμός ή η ακραία δόνηση μπορεί να οδηγήσει σε ρωγμές της λεπίδας, παραμόρφωση του πύργου, ζημιά στη θεμελίωση και ακόμη και σοβαρά ατυχήματα ασφαλείας.
Αυτό το άρθρο εισάγει την εφαρμογή αποσβεστήρα κραδασμών σε πτερύγια ανεμογεννητριών. Οι λεπίδες είναι τα εξαρτήματα που δονούνται με τη μεγαλύτερη δυνατή δόνηση, παρουσιάζοντας κυρίως φτερούγισμα, ταλάντωση, πτερυγισμό και αστάθμητη δόνηση που προκαλείται-πάγωμα. Οι εσωτερικά συντονισμένοι αποσβεστήρες μάζας, εγκατεστημένοι στο 20%–40% του μήκους της λεπίδας, χρησιμοποιούν μπλοκ μάζας, ελατήρια και δομή απόσβεσης για να συντονιστούν με τη συχνότητα κραδασμών της λεπίδας, καταστέλλοντας αποτελεσματικά τις ταλαντώσεις πρώτης- και δεύτερης-της σειράς και οι κραδασμοί της ρίζας μειώνοντας τη διάρκεια ζωής της ρίζας.
Η χρήση αποσβεστήρων κραδασμών μειώνει το πλάτος κραδασμών της λεπίδας κατά 30%-60%, μειώνει τη ζημιά από την κόπωση της λεπίδας κατά πάνω από 40%, μειώνει τον κίνδυνο ρωγμών και αποκόλλησης της λεπίδας και μετριάζει την μη ισορροπημένη πρόσκρουση από τη δόνηση πάγου.
Η βιομηχανία αιολικής ενέργειας χρησιμοποιεί συνήθως αποσβεστήρες κραδασμών διαφόρων τύπων και αρχών λειτουργίας. Ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος τύπος είναι ο συντονισμένος αποσβεστήρας μάζας, ο οποίος αποτελείται από ένα μπλοκ μάζας, ένα ελατήριο και έναν αποσβεστήρα. Η συχνότητα συντονίζεται στην κύρια συχνότητα δόνησης της ανεμογεννήτριας. Όταν εμφανίζεται δόνηση, το μπλοκ μάζας κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση για να καταναλώσει ενέργεια. Έχει αξιόπιστη δομή, σταθερό αποτέλεσμα και ευρεία εφαρμογή.
Οι υπεράκτιες ανεμογεννήτριες λειτουργούν σε περιβάλλοντα πολλές φορές πιο σκληρές από τις χερσαίες ανεμογεννήτριες. Επομένως, ο αποσβεστήρας κραδασμών πρέπει να πληροί απαιτήσεις υψηλής αντοχής στη διάβρωση, συμπεριλαμβανομένου του γαλβανισμού εν θερμώ, του ανοξείδωτου χάλυβα 316L, της επίστρωσης Dacromet, της δοκιμής ψεκασμού αλατιού για περισσότερες από 1000 ώρες και της σταθερής λειτουργίας σε θερμοκρασίες που κυμαίνονται από -40 βαθμούς έως 80 βαθμούς . Το κόστος συντήρησης στην υπεράκτια περιοχή είναι εξαιρετικά υψηλό, γεγονός που καθιστά αναγκαία τη σχεδίαση με μεγάλη διάρκεια ζωής. Ο υδραυλικός αποσβεστήρας πρέπει επίσης να είναι σχεδιασμένος ώστε να αποτρέπει διαρροές λαδιού που θα μπορούσαν να μολύνουν τον ωκεανό.
Ποια πρακτικά οφέλη μπορούν να αποκομίσουν τα αιολικά πάρκα από τη χρήση κραδασμών;
Η αυξημένη παραγωγή ενέργειας, οι μειωμένοι κραδασμοί-προκάλεσαν περιορισμούς ισχύος και χρόνους διακοπής λειτουργίας, σταθερή λειτουργία σε τυρβώδεις ζώνες ανέμου και συνολική αύξηση της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας κατά 2%–8%. παρατεταμένη διάρκεια ζωής των εξαρτημάτων του πυρήνα, με τη διάρκεια ζωής της λεπίδας να αυξάνεται κατά 20%-40%, η διάρκεια ζωής του κιβωτίου ταχυτήτων αυξήθηκε κατά 30%-50% και η ζημιά από την κόπωση του πύργου να μειώνεται κατά 30%-60%. σημαντικά μειωμένο κόστος λειτουργίας και συντήρησης, λιγότερες εργασίες συντήρησης σε μεγάλο υψόμετρο, λιγότερες αντικαταστάσεις κιβωτίων ταχυτήτων και ρουλεμάν, εξοικονομώντας χιλιάδες έως δεκάδες χιλιάδες δολάρια ΗΠΑ ανά υπεράκτια ανεμογεννήτρια ετησίως. βελτιωμένη συνολική ασφάλεια του στροβίλου, αποφυγή συντονισμού, ενίσχυση της ικανότητας επιβίωσης κάτω από τυφώνες, σεισμούς και κύματα και μείωση του κινδύνου χαλάρωσης των μπουλονιών και δομικών ρωγμών· μειωμένος θόρυβος, με μειωμένο αεροδυναμικό και δομικό θόρυβο, που πληροί τις απαιτήσεις περιβαλλοντικής προστασίας και διευκολύνει την έγκριση του έργου.
