風(fēng)電塔筒的渦振分析及防治措施

李久偉 路建華 周華僑 黃賜榮

（中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院，浙江 杭州 400045）

0 引言

風(fēng)能是一種分布廣泛、儲量豐富的新能源，大力發(fā)展風(fēng)電產(chǎn)業(yè)對調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、推進能源生產(chǎn)具有重要意義。根據(jù)國際可再生能源署統(tǒng)計，截至2021 年底，風(fēng)能發(fā)電在新能源發(fā)電量的占比已超過25%，同比漲幅高達(dá)13%。在產(chǎn)業(yè)政策引導(dǎo)和市場需求驅(qū)動的雙重作用下，我國陸上風(fēng)電裝機容量已躍居世界第一位，成為全球陸上風(fēng)電開發(fā)與利用的主要推動力。

在電價補貼持續(xù)退坡、平價上網(wǎng)的行業(yè)背景下，發(fā)展大單機容量、大葉輪直徑和高塔筒的大型高空化風(fēng)電機組是降低度電成本、提高收益率的有效技術(shù)手段，已成為陸上風(fēng)電主流發(fā)展方向。

目前商業(yè)化應(yīng)用程度最廣的風(fēng)電塔架是柔性全鋼塔架，其具有標(biāo)準(zhǔn)化程度高、產(chǎn)業(yè)鏈成熟、施工快等優(yōu)點。為進一步實現(xiàn)發(fā)電量的最大化提升，柔塔的整體剛度以及結(jié)構(gòu)固有頻率隨輪轂高度的增加而下降，使柔塔渦激共振所需的風(fēng)速進一步降低，更容易觸發(fā)渦激振動，增加倒塔事故風(fēng)險，因此如何保障柔塔的安全性就成了行業(yè)亟待解決的問題。該文從空氣動力學(xué)的原理出發(fā)，分析了風(fēng)電塔架渦激振動的原理，并結(jié)合理論計算等多種研究手段，給出了渦激振動響應(yīng)的不同計算方式，最后提出了不同類型的防治措施。

1 塔筒的渦振原理

1.1 起振風(fēng)速及鎖定現(xiàn)象

當(dāng)氣流流過塔筒的表面時，在流體黏性和逆壓梯度的作用下，流體在塔筒尾部兩側(cè)會交替生成旋向相反、周期性脫落的旋渦，隨著風(fēng)速增大，渦脫速度和頻率也會相應(yīng)增大，當(dāng)渦脫頻率增大到與塔筒固有頻率接近時，塔筒就會發(fā)生橫風(fēng)向的振動現(xiàn)象，即渦激振動。……