Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của ngành điện gió hiện đại, đặc biệt là các tua-bin gió công suất lớn trên đất liền và ngoài khơi, độ rung đã trở thành một trong những yếu tố cốt lõi ảnh hưởng đến an toàn, tuổi thọ, sản xuất điện cũng như chi phí vận hành và bảo trì của tua-bin gió. Khi chiều cao trung tâm tuabin gió tiếp tục tăng, chiều dài cánh quạt tiếp tục kéo dài và công suất-tổ máy đơn lẻ tiếp tục tăng, các vấn đề như rung động gió, cộng hưởng tháp, lắc lư cánh quạt, rung động xích truyền động và rung động móng mà tuabin gió gặp phải trong quá trình vận hành ngày càng trở nên nổi bật.
Vậy tại sao thiết bị giảm rung lại cần thiết cho hoạt động điện gió? Gió hỗn loạn, gió giật, gió cắt và hiệu ứng bóng tháp làm cho các cánh quạt chịu lực đẩy thay đổi theo chu kỳ, dẫn đến cánh quạt đập và dao động, truyền đến trục, trục chính, hộp số và tháp, dẫn đến rung động liên tục. Sự mất cân bằng khối lượng cánh quạt, trục chính bị lệch, độ mòn ổ trục và tác động của việc chia lưới bánh răng trong hộp số đều tạo ra rung động tần số cao, là nguyên nhân chính gây ra hỏng xích truyền động. Tháp là một cấu trúc mảnh mai, linh hoạt với tần số tự nhiên bậc nhất-thấp, khiến nó dễ bị cộng hưởng với tần số quay của cánh quạt và tần số đi qua cánh quạt. Một khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng, biên độ rung sẽ được khuếch đại mạnh mẽ, đe dọa đến sự an toàn của kết cấu.
Rung động gây ra mối nguy hiểm gì cho tuabin gió? Dưới sự rung động liên tục, tuổi thọ mỏi của hộp số, vòng bi, trục chính và hệ thống ngáp được rút ngắn đáng kể và tỷ lệ hỏng hóc tăng lên đáng kể. Rung có thể khiến bu lông mặt bích tháp và bu lông khung chính bị lỏng, và trong trường hợp nghiêm trọng, các vết nứt do mỏi có thể xuất hiện trong các mối hàn. Việc vượt quá giới hạn rung động sẽ kích hoạt việc giảm tải, giới hạn tốc độ và bảo vệ tắt máy của hệ thống điều khiển chính, trực tiếp làm giảm thời gian và công suất phát điện. Các sự cố liên quan đến rung- chiếm hơn 50% tổng số sự cố tuabin gió và-chi phí bảo trì ở độ cao cũng như chi phí vận hành và bảo trì ngoài khơi là cực kỳ cao. Sự cộng hưởng lâu dài hoặc rung động cực độ có thể dẫn đến nứt cánh, biến dạng tháp, hư hỏng nền móng và thậm chí là những tai nạn an toàn nghiêm trọng.
Bài viết này giới thiệu ứng dụng của bộ giảm rung trên các cánh tuabin gió. Cánh quạt là bộ phận rung lắc mạnh nhất, chủ yếu biểu hiện rung động đập, dao động, rung và đóng băng-gây ra rung động không cân bằng. Bộ giảm chấn khối lượng được điều chỉnh bên trong, được lắp đặt ở 20%–40% chiều dài của cánh, sử dụng khối khối, lò xo và cấu trúc giảm chấn để điều chỉnh theo tần số rung của cánh, ngăn chặn hiệu quả các dao động bậc nhất- và bậc hai- cũng như các rung động vỗ cánh, giảm mômen uốn do mỏi ở chân cánh và kéo dài tuổi thọ của cánh.
Việc sử dụng bộ giảm rung làm giảm biên độ rung của lưỡi dao từ 30%–60%, giảm hơn 40% thiệt hại do mỏi lưỡi, giảm nguy cơ nứt và bong tróc lưỡi, đồng thời giảm thiểu tác động mất cân bằng do rung đóng băng.
Ngành công nghiệp điện gió thường sử dụng các loại giảm chấn rung và nguyên lý làm việc. Loại được sử dụng rộng rãi nhất là bộ giảm chấn khối lượng điều chỉnh, bao gồm khối khối, lò xo và bộ giảm chấn. Tần số được điều chỉnh theo tần số rung chính của tuabin gió. Khi xảy ra rung động, khối khối chuyển động theo hướng ngược lại để tiêu hao năng lượng. Nó có cấu trúc đáng tin cậy, hiệu quả ổn định và khả năng ứng dụng rộng rãi.
Tua bin gió ngoài khơi hoạt động trong môi trường khắc nghiệt hơn nhiều lần so với tua bin trên bờ. Do đó, bộ giảm rung phải đáp ứng các yêu cầu về khả năng chống ăn mòn cao, bao gồm mạ kẽm nhúng nóng-, thép không gỉ 316L, lớp phủ Dacromet, thử nghiệm phun muối trong hơn 1000 giờ và hoạt động ổn định ở nhiệt độ từ -40 độ đến 80 độ . Chi phí bảo trì ngoài khơi cực kỳ cao, đòi hỏi thiết kế có tuổi thọ cao. Bộ giảm chấn thủy lực cũng phải được thiết kế để ngăn chặn rò rỉ dầu có thể gây ô nhiễm đại dương.
Các trang trại gió có thể đạt được những lợi ích thiết thực nào từ việc sử dụng Bộ giảm chấn rung?
Việc sản xuất điện tăng lên, giảm độ rung-gây ra các hạn chế về điện năng và thời gian ngừng hoạt động, hoạt động ổn định ở các vùng gió hỗn loạn và tổng mức tăng sản lượng điện từ 2%–8%; kéo dài tuổi thọ của các bộ phận cốt lõi, với tuổi thọ của lưỡi cắt tăng 20%–40%, tuổi thọ hộp số tăng 30%–50% và thiệt hại do mỏi tháp giảm 30%–60%; giảm đáng kể chi phí vận hành và bảo trì, ít hoạt động bảo trì ở độ cao- hơn, ít thay thế hộp số và vòng bi hơn, tiết kiệm hàng nghìn đến hàng chục nghìn đô la Mỹ cho mỗi tuabin gió ngoài khơi mỗi năm; cải thiện độ an toàn tổng thể của tuabin, tránh cộng hưởng, nâng cao khả năng sống sót trước bão, động đất và sóng, đồng thời giảm nguy cơ nới lỏng bu lông và nứt cấu trúc; giảm tiếng ồn, giảm tiếng ồn khí động học và kết cấu, đáp ứng yêu cầu bảo vệ môi trường và tạo điều kiện thuận lợi cho việc phê duyệt dự án.
