某型风力机系统共振原因分析

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1、第33巻第5期噪声与振动控制97文章编号：1006-1355(2013)05-0097-05某型风力机系统共振原因分析何文博，廖明夫，王四季（西北工业大学旋转机械与风能装置测控研究所，西安710072）摘要：针对某型风力机，在运行期间频繁发生振动超标故障的报警，对其进行现场振动测试。发现风力机系统在其发电机1400r/min转速附近发生共振。主要原因是控制系统快速通过的控制区域与塔架自振频率区域存在偏差，风力机系统运行时未能快速通过共振区域。经过在风场现场对风力机控制系统的校正，风力机的共振停机问题得到解决。关键词：振

2、动与波；风力发电机；塔架；共振；控制系统中图分类号：TK83文献标识码：ADOI编码：10.3969/j.issn.1006-1335.2013.05.021CauseAnalysisofWind-turbineResonanceHEWen-bo,LIAOMing-fu,WANGSi-ji(InstituteofMonitoringandControlforRotatingMachineryandWindTurbines,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi’an710072,C

3、hina;)Abstract:Sincethealarmsofover-vibrationoccurredveryoftenwhenthewindturbinewasworking,avibrationtestwasmadeforthewindturbine.Bycomparingthevibrationdatawiththefirst-ordernaturalfrequencyofthetowerofthewindturbine,itwasfoundthattheresonanceoccursatthespeedof

4、1400r/minofthegenerator.Byanalyzingthephenomenon,itwasfoundthatthemainreasonfortheresonanceisthatthewindturbinevibrationcannotquicklypassthroughtheresonanceregion.Theresonanceproblemwassolvedbycorrectingthecontrolsystemofthewindturbin.Keywords:vibrationandwave;w

5、indturbine;tower;resonance;controlsystem随着风电行业的快速发展，风力机的单机容量以某型风力机在运行中频繁出现振动报警停机的现向着大型化发展，机组的塔架通常设计为柔性塔架，象为例，通过对现场测试和数据分析，得知该风力机因为柔性塔架不仅能满足高度、刚度和强度的要求，系统报警的原因是控制系统的控制偏差使得风力机还能减轻质量，降低成本。对于柔性塔架，要求其自系统在塔架1阶自振频率附近停留时间过长引发共[1]振频率与激振频率及其三倍频至少差10%，以避振而造成的。开共振区域。风力机振动对风

6、力机系统危害是很大的，它会使轴承、齿轮副、联轴器、叶片和塔架等部件1风力机共振分析损坏，降低整机的可靠性，缩短风力机的寿命。因为减轻重量，降低成本，目前风力发电机组中的此，须运行时使风力机快速通过共振区域，从而避免塔架大部分都设计为柔性塔架。然而在柔性塔架的或者尽可能减小风力机的振动是风力机塔架设计的设计时必须考虑风力机系统在运行中是否会发生共[1]重要内容。振。为了研究风力机系统的共振，首先讨论风力机[2]目前塔架设计常用的分析方法有模态分析法的塔架-机舱组成的振系，在考虑塔架—机舱组成的和传递矩阵法等方法，但是由于

7、地基刚度等因素，塔风力机系统的振动时，可以将其简化成一个单自由架的实际自振频率与设计频率是存在偏差的。本文度的振系，虽然这是一个极端简化模型，但仿真结果[1]与一个三叶片风力机的真实振动很相似。叶轮可收稿日期：2012-11-21；修改日期：2012-12-31视作一个无质量圆盘，盘心集中了叶轮与叶片质量，作者简介：何文博（1987-），男，河北饶阳人，硕士，目前从事转子动力学，旋转机械状态监测及故障诊断研究。如图1所示。E-mail:harkebobo@163.com98某型风力机系统共振原因分析2013年10月图1

8、风力机单自由度简化模型Fig.1Modelofthewindturbine图2不平衡引起的机舱径向振动风力机的设计制造中，要尽量减小叶轮质量不Fig.2Radialvibrationofthenacellecausedbyunbalance平衡量，但是在实际中，叶轮的质量不平衡是始终存在的。现在来分析讨论叶轮质量不平衡引起的风力机