说说高塔筒的涡激振动现象

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楼主 2019-01-10 15:36:23
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更长的叶片,更高的塔筒,各个风电主机厂商一直在挑战新的记录。


在这个过程中会面临很多新的挑战,塔筒的「涡激振动」就是其中一个。


相信不少朋友都在行业的微信群里看到过某一段视频,一个高塔筒的机组,没有运行,风也不大,但是明显能看到整个塔筒和机舱存在幅度明显的晃动。这种现象,其实就是「涡激振动」引起的。


因为那段视频里有塔筒厂家的 Logo ,我就不放在这里了。我们用另外一个类似的视频代替,让大家有个直观的认识:




「涡激振动」的英文说法是 Vortex-Induced Vibration,在风速的作用下,塔筒两侧会发生交替泄涡,塔筒会受到流向以及横向的周期性变化的脉动压力,脉动压力会引起柱体的周期性振动,柱体振动又会反过来改变其尾流结构,这种流体-结构之间的相互耦合作用称为“涡激振动”。


「涡激振动」其实是很普遍的,无论塔筒高还是低,这种现象都会存在。问题在于,如果这种「涡激振动」的频率和塔筒的固有频率重合就会发生共振,这种情况就会出现问题。


我们看下这段流体力学的仿真演示,更清楚地展现了这个过程:




如果您看视频不方便,可以看下这段动画:



上面的动图展现的是塔筒横截面的一个动图过程。


如何避免「涡激振动」带来的问题?


一般可采取两方面措施:


一是在设计时尽量避免使塔筒的各阶频率与漩涡发放频率相接近,但是,越是高塔筒越难以避免;


二是想办法改变构件后的尾流场,破坏尾流场漩涡的规律性泄放,比如在塔筒吊装期安装的螺旋线等。


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