一般來說,風電機組畢竟是靠風“吃飯”的,承受每秒30米的風速是不在話下,甚至連臺風都能抗住,然而有時恰恰是每秒十幾米的小風,卻“要了風機的命”。
原因就在于當風吹過風機塔架時,可能會產生“卡門渦街”。前幾天深圳虎門大橋出現振動,也正是因為這個原因。
什么是卡門渦街?
卡門渦街是流體力學中重要的現象,在自然界中常可遇到,在一定條件下的定常來流繞過某些物體時,物體兩側會周期性地脫落出旋轉方向相反、排列規則的雙列線渦,經過非線性作用后,形成卡門渦街。如水流過橋墩,風吹過高塔、煙囪、電線等都會形成卡門渦街。
舉一個最簡單的例子,在我們升國旗的時候,旗幟升到最上空時,紅旗會來回招展,這就是卡門渦街的作用。
如果渦街的交替脫落頻率與物體的聲學駐波頻率相重合,還會出現共振。風機的塔架是由一根圓圓的圓管矗立在地面上,當流體繞流圓管時,卡門渦街的交替脫落會引起氣柱的振動,如果渦街的交替脫落頻率與物體的聲學駐波頻率相重合,就會引發聲學共振,使之激烈振動,嚴重時,圓管會錯開,甚至破裂。
1(一階渦激振動)
2(二階渦激振動)
雖然卡門渦街現象對風電機組暫時沒有引起非常重大的災害,但是沒發生不代表不會發生,卡門渦街引起的震動嚴重起來甚至會使堅固的橋面扭曲坍塌。
如何防范卡門渦街對風機塔架造成毀滅傷害?
對于一階渦激振動,使用最多的措施是:吊裝期間,頂部塔筒加裝擾流條或是直接安裝可拆阻尼器,從而防止卡門渦街造成的漩渦。
對于二階渦激振動,最簡單粗暴的方式是:外接柴油發電機或者直接用繩子拽起來。當然也有一些有科技感的做法:比如通過調整葉片姿態,增加機組氣動阻尼,來抑制渦激振動。
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原文標題:為啥風電機組抗得了臺風卻抗不了十幾米的風速?
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