현대 풍력 산업, 특히 고출력 육상 및 해상 풍력 터빈이 빠르게 발전하는 상황에서 진동은 풍력 터빈 안전, 수명, 발전, 운영 및 유지관리 비용에 영향을 미치는 핵심 요소 중 하나가 되었습니다. 풍력 터빈 허브 높이가 계속 증가하고 블레이드 길이가 계속 길어지고 단일{2}}장치 용량이 계속 증가함에 따라 바람 진동, 타워 공진, 블레이드 흔들림, 전송 체인 진동, 작동 중 풍력 터빈이 직면하는 기초 진동과 같은 문제가 점점 더 두드러지고 있습니다.
그렇다면 풍력발전 운영에 진동댐퍼가 필요한 이유는 무엇입니까? 난류, 돌풍, 전단풍, 타워 그림자 효과로 인해 블레이드가 주기적으로 변화하는 추력을 경험하게 되어 블레이드의 펄럭임과 진동이 발생하고, 이 진동이 허브, 메인 샤프트, 기어박스 및 타워에 전달되어 지속적인 진동이 발생합니다. 임펠러 질량 불균형, 메인 샤프트 오정렬, 베어링 마모 및 기어박스 기어 맞물림 충격은 모두 고주파-주파수 진동을 생성하며 이는 변속기 체인 고장의 주요 원인입니다. 타워는 1차- 고유 주파수가 낮은 가늘고 유연한 구조로 되어 있어 임펠러 회전 주파수 및 블레이드 통과 주파수와 공진하기 쉽습니다. 공진이 발생하면 진동 진폭이 급격히 증폭되어 구조적 안전성을 위협합니다.
진동으로 인해 풍력 터빈에 어떤 위험이 발생합니까? 지속적인 진동이 발생하면 기어박스, 베어링, 메인 샤프트 및 요 시스템의 피로 수명이 크게 단축되고 고장률이 크게 증가합니다. 진동으로 인해 타워 플랜지 볼트와 메인 프레임 볼트가 느슨해질 수 있으며, 심한 경우 용접부에 피로 균열이 나타날 수 있습니다. 진동 제한을 초과하면 주 제어 시스템의 부하 감소, 속도 제한 및 종료 보호가 트리거되어 발전 시간과 출력이 직접적으로 감소됩니다. 진동-관련 고장은 모든 풍력 터빈 고장의 50% 이상을 차지하며, 고-고도 유지 관리와 해상 운영 및 유지 관리 비용은 매우 높습니다. 장기적인-공진이나 극심한 진동은 블레이드 균열, 타워 변형, 기초 손상 및 심지어 심각한 안전 사고로 이어질 수 있습니다.
이 기사에서는 풍력 터빈 블레이드에 진동 댐퍼를 적용하는 방법을 소개합니다. 블레이드는 가장 격렬하게 진동하는 구성 요소로, 주로 날개 펄럭임, 진동, 플러터 및 착빙-으로 인한 불균형 진동을 나타냅니다. 블레이드 길이의 20%~40%에 설치된 내부 조정 질량 댐퍼는 질량 블록, 스프링 및 댐핑 구조를 활용하여 블레이드의 진동 주파수에 맞춰 조정하고, 1차- 및 2차- 진동과 날개 펄럭 진동을 효과적으로 억제하고, 블레이드 루트에서 피로 굽힘 모멘트를 줄이고 블레이드 수명을 연장합니다.
진동 댐퍼를 사용하면 블레이드 진동 진폭이 30%~60% 감소하고 블레이드 피로 손상이 40% 이상 감소하며 블레이드 균열 및 분리 위험이 감소하고 결빙 진동으로 인한 불균형 충격이 완화됩니다.
풍력 산업에서는 일반적으로 다양한 유형과 작동 원리의 진동 댐퍼를 사용합니다. 가장 널리 사용되는 유형은 Tuned Mass Damper이며 이는 Mass Block, Spring 및 Damper로 구성됩니다. 주파수는 풍력 터빈의 주 진동 주파수에 맞춰 조정됩니다. 진동이 발생하면 질량 블록이 반대 방향으로 이동하여 에너지를 소비합니다. 안정적인 구조, 안정적인 효과 및 광범위한 적용 가능성을 갖추고 있습니다.
해상 풍력 터빈은 육상 터빈보다 몇 배 더 가혹한 환경에서 작동됩니다. 따라서 진동 댐퍼는 용융 아연 도금, 316L 스테인레스 스틸, Dacromet 코팅, 1000시간 이상의 염수 분무 테스트, -40도 ~ 80도 범위의 온도에서 안정적인 작동 등 높은 내식성 요구 사항을 충족해야 합니다. 해양 유지 관리 비용은 매우 높기 때문에 수명이 긴 설계가 필요합니다. 또한 유압 댐퍼는 바다를 오염시킬 수 있는 기름 누출을 방지하도록 설계되어야 합니다.
진동 댐퍼를 사용하면 풍력 발전 단지에서 어떤 실질적인 이점을 얻을 수 있습니까?
발전량 증가, 진동 감소-로 인해 전력 제한 및 가동 중단 시간 발생, 난류 지역에서 안정적인 작동, 전체 전력 생산량 2%~8% 증가 핵심 부품의 수명 연장, 블레이드 수명 20%~40% 증가, 기어박스 수명 30%~50% 증가, 타워 피로 손상 30%~60% 감소; 운영 및 유지 관리 비용 대폭 절감,-고도 유지 관리 작업 감소, 기어박스 및 베어링 교체 횟수 감소, 해상 풍력 터빈당 연간 수천 달러에서 수만 달러 절약 전반적인 터빈 안전성 향상, 공진 방지, 태풍, 지진 및 파도에 대한 생존 가능성 향상, 볼트 풀림 및 구조적 균열 위험 감소; 소음 감소, 공기 역학적 및 구조적 소음 감소, 환경 보호 요구 사항 충족 및 프로젝트 승인 촉진.
