Sparčiai vystantis šiuolaikinei vėjo energijos pramonei, ypač didelės galios{0}}sausumos ir jūros vėjo turbinoms, vibracija tapo vienu iš pagrindinių veiksnių, turinčių įtakos vėjo turbinų saugai, eksploatavimo trukmei, energijos gamybai ir eksploatavimo bei priežiūros išlaidoms. Kadangi vėjo turbinos stebulės aukštis ir toliau didėja, menčių ilgis ir toliau didėja, o vieno -vieneto pajėgumas ir toliau auga, vis labiau išryškėja tokios problemos kaip vėjo vibracija, bokšto rezonansas, menčių siūbavimas, perdavimo grandinės vibracija ir pamatų vibracija, su kuria susiduria vėjo turbinos veikimo metu.
Taigi, kodėl vibracijos slopintuvas reikalingas vėjo jėgainėms? Turbulentinis vėjas, gūsiai, šlyties vėjai ir bokšto šešėlio efektas sukelia periodiškai besikeičiančią traukos jėgą, dėl kurios ašmenys svyruoja ir svyruoja, o tai perduodama į stebulę, pagrindinį veleną, pavarų dėžę ir bokštą, todėl nuolat vibruoja. Darbaračio masės disbalansas, pagrindinio veleno nesutapimas, guolių susidėvėjimas ir pavarų dėžės krumpliaračių susijungimo smūgiai sukelia aukšto-dažnio vibracijas, kurios yra pagrindinės perdavimo grandinės gedimų priežastys. Bokštas yra plona, lanksti konstrukcija su žemu pirmos eilės natūraliu dažniu, todėl jis yra linkęs į rezonansą su sparnuotės sukimosi dažniu ir ašmenų praėjimo dažniu. Atsiradus rezonansui, vibracijos amplitudė smarkiai padidėja, o tai kelia grėsmę konstrukcijos saugumui.
Kokius pavojus vėjo turbinoms kelia vibracija? Esant nuolatinei vibracijai, pavarų dėžių, guolių, pagrindinių velenų ir posūkio sistemų nuovargis žymiai sutrumpėja, o gedimų dažnis žymiai padidėja. Dėl vibracijos bokšto flanšo varžtai ir pagrindinio rėmo varžtai gali atsilaisvinti, o sunkiais atvejais suvirinimo siūlėse gali atsirasti nuovargio įtrūkimų. Viršijus vibracijos ribas, bus sumažinta pagrindinės valdymo sistemos apkrova, ribojamas greitis ir apsauga nuo išjungimo, tiesiogiai sumažinant energijos generavimo laiką ir galią. Su vibracija-susiję gedimai sudaro daugiau nei 50 % visų vėjo turbinų gedimų, o techninės priežiūros dideliame- aukštyje ir eksploatavimo jūroje bei priežiūros išlaidos yra labai didelės. Ilgalaikis-rezonansas arba ekstremali vibracija gali sukelti ašmenų įtrūkimus, bokšto deformaciją, pamato pažeidimą ir net rimtų saugos nelaimingų atsitikimų priežastį.
Šiame straipsnyje pristatomas vibracijos slopintuvų taikymas vėjo turbinų mentėms. Geležtės yra stipriausiai vibruojantys komponentai, pirmiausia pasižymintys svyravimu, virpesiais, plazdėjimu ir apledėjimu{1}}sukelta nesubalansuota vibracija. Viduje sureguliuoti masės slopintuvai, sumontuoti 20–40 % mentės ilgio, naudoja masės bloką, spyruokles ir slopinimo struktūrą, kad prisitaikytų prie mentės vibracijos dažnio, efektyviai slopindami pirmos - ir antros- eilės virpesius ir svyruojančius virpesius, sumažindami šaknies nuovargį ir lenkimo laiką.
Vibracijos slopintuvų naudojimas sumažina menčių vibracijos amplitudę 30–60 %, sumažina ašmenų nuovargio žalą daugiau nei 40 %, sumažina mentės įtrūkimo ir atsirišimo riziką bei sumažina nesubalansuotą apledėjimo vibracijos poveikį.
Vėjo energetikos pramonėje dažniausiai naudojami įvairių tipų ir veikimo principų vibracijos slopintuvai. Plačiausiai naudojamas tipas yra sureguliuotas masės slopintuvas, kurį sudaro masės blokas, spyruoklė ir slopintuvas. Dažnis sureguliuotas pagal pagrindinį vėjo turbinos vibracijos dažnį. Kai atsiranda vibracija, masės blokas juda priešinga kryptimi, kad sunaudotų energiją. Jis turi patikimą struktūrą, stabilų poveikį ir platų pritaikymą.
Jūros vėjo turbinos veikia kelis kartus atšiauresnėje aplinkoje nei sausumos turbinos. Todėl vibracijos slopintuvas turi atitikti aukštus atsparumo korozijai reikalavimus, įskaitant karštąjį cinkavimą, 316 l nerūdijantį plieną, Dacromet dangą, druskos purškimo bandymą daugiau nei 1000 valandų ir stabilų veikimą nuo -40 laipsnių iki 80 laipsnių temperatūroje. Priežiūros jūroje išlaidos yra labai didelės, todėl reikalingas ilgaamžiškumas. Hidraulinė sklendė taip pat turi būti suprojektuota taip, kad būtų išvengta alyvos nuotėkio, galinčio užteršti vandenyną.
Kokios praktinės naudos vėjo parkai gali gauti naudojant vibracijos slopintuvą?
Padidėjusi energijos gamyba, sumažinta vibracija{0}}sukelia galios apribojimai ir prastovos, stabilus veikimas turbulentinėse vėjo zonose ir bendras energijos gamybos padidėjimas 2–8 %; pailgėjo pagrindinių komponentų tarnavimo laikas, kai ašmenų tarnavimo laikas pailgėjo 20–40%, pavarų dėžės tarnavimo laikas pailgėjo 30–50%, o bokšto nuovargio žala sumažėjo 30–60%; žymiai sumažintos eksploatavimo ir priežiūros sąnaudos, mažiau priežiūros operacijų dideliame{9} aukštyje, rečiau keičiama pavarų dėžė ir guoliai, sutaupoma nuo tūkstančių iki dešimčių tūkstančių JAV dolerių kiekvienai jūrinei vėjo turbinai per metus; pagerinta bendra turbinos sauga, išvengiant rezonanso, pagerinant išgyvenamumą po taifūnų, žemės drebėjimų ir bangų bei sumažinant varžtų atsipalaidavimo ir konstrukcijos įtrūkimų riziką; sumažintas triukšmas, sumažėjęs aerodinaminis ir konstrukcinis triukšmas, atitinkantis aplinkos apsaugos reikalavimus ir palengvinantis projekto tvirtinimą.
