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風力發電機振動與噪聲測試及其減噪方法探析
2015-09-24
來源:論文網
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工業化至今,社會經濟發生了巨大的變化和發展,工業的發展對于能源的需求也日益加大,對環境的壓力越來越大。能源的不斷開發利用,導致能源供應日趨緊張,也給生態環境帶了巨大的傷害。
工業化至今,社會經濟發生了巨大的變化和發展,工業的發展對于能源的需求也日益加大,對環境的壓力越來越大。能源的不斷開發利用,導致能源供應日趨緊張,也給生態環境帶了巨大的傷害。世界各國,相繼制定法律法規,以推進可再生能源的發展,用以替代不可再生礦物能源[1]。風力發電是可再生能源發電中成本最低、效益較高、污染較小的清潔能源。而對于風力發電機振動與噪聲的污染帶來的危害也日趨嚴重,如何做好該方面的的檢測以及減噪方法的研究是當前一個重要課題。
不可再生礦物能源的日趨減少,以可再生能源替代不可再生能源的要求也越來越高。風能,作為可再生能源中價值可觀、有前途、清潔、效率的一種,在實際利用中已相當廣泛成熟。我國的風能儲量巨大有超過30億K,可開放的風力資源也相當可觀,達到近3億KW,可以看出風力發電的有力發展,可以帶來很大的經濟、社會效益。但因風力發電機在運轉過程中會產生較大的振動和噪聲,對設備及環境帶來一定的影響,危害到人們的身心健康。因此,風力發電帶來經濟、社會效益的同時,不可忽視其帶來對環境的負面效應,只有不斷加強對風力發電機振動和降噪的方法措施進行探討研究,達到進一步的改進和完善。
1.風力發電機的構造
當前世界各國運用的風力發電機多采用水平軸高速螺旋槳式的風力發電機。傳統型的風力發電機由于其產生的電壓和頻率不穩定,真正的應用價值和效益很低。在傳統型上進行改進創新,加入了齒輪箱、液壓系統、偏航系統、變槳系統以及控制系統成為現在運用廣泛的現代風力發電機。
2.風力發電機的振動及噪聲
2.1振動
現代的風力發電機在運行過程中不僅有輪翼繞軸運行產生的振動,還有其他部位運行的振動,而這些振動在一定的層面上會導致葉片破裂,降低其壽命,應及時做好減振的措施。葉片的振動主要包括:垂直葉面方向振動,平行葉面方向振動,平行葉面弦線方向的振動。而其中以平行葉面弦線方向振動危害最大也是最明顯的,因其振動的頻率和葉輪振動的頻率相近,在一定狀況下,可能產生共振效應,如共振振幅越大,對于葉輪的損壞也越高[3]。對于其他兩個方向的振動,因其振動的的頻率和葉輪固有的頻率有較大的差異和距離,且振幅相對較小,對葉輪損壞的的程度不大。所以著重考慮的是平行葉面弦線方向的振動,因其看差生根本的損壞因素,就是共振。
2.2噪聲
物理學理論中關于聲音的產生是由于振動,而噪聲就是由于不同頻率和音律無規則并合產生的。噪聲的波形圖是沒有規則,沒有周期的曲線,對于人來說,會產生煩躁、情緒波動、厭惡的負面情況。風力發電機的噪聲有:(1)旋轉噪聲,它的產生是因為葉輪在旋轉過程中和空氣相互運動,產生壓力脈動而產生的;(2)機械噪聲,主要是由于機械設備在運行過程中葉輪產生的力矩通過齒輪傳遞給發電機而產生的,主要有:軸承噪聲、齒輪噪聲,電機噪聲等;(3)發電機噪聲,是由軸承之間,轉子切割磁力線,轉子與定子間等產生的摩擦聲。另在風大時,發電機短路也會產生異常的噪聲;(4)渦流噪聲,是空氣在旋轉頁面狀態下分裂時,由于空氣的粘性,形成渦流產生的非穩定性流動噪聲;(5)空氣動力噪聲,主要是由于高速氣流,不穩定氣流和氣流與設備物體間相互作用產生的。
3.風力發電機的振動與噪聲測試
傳感器是用于接受振動和噪聲的信號,進行采集。預處理主要用處在于將傳感器收集到的模擬信號績效數字處理;信號采集是預處理后的模擬信號轉化為數字信號,關鍵是A/D轉換器;數字化處理是將數字信號的各種有用信息進行提取,是計算機測試系統的核心;結果顯示分析,將信號以數據、圖形、圖表顯示,相對直觀化、明了化。
在實際測試中運用噪聲分析儀器進行,如:AWA627+噪聲分析儀,它的測量范圍是24到130dB,是通過聲壓信號轉換成電信號,進行測試記錄的,再進行分析轉換成分別指標進行顯示,測試依據是根據國家關于風力發電噪聲控制規定進行。
4.減噪方法措施
噪聲的控制一般是由主動和被動控制兩部分組成,主動控制主要是要求對機器設備等進行改進創新,一是對設備結構進行改進和改善,提高裝配運轉質量;二是采取隔振、阻力處理等方式減少振動所帶來的噪聲。被動減噪是在工程、設備整體完成后進行的。(1)主動降噪,主要是做到:對風輪的平衡控制,只有保證風輪的靜力平衡、空氣動力平衡、安裝平衡以及阻尼減噪降噪控制運行,減少噪聲的產生;(2)被動降噪,吸聲的應用在風里發電工程中有很廣泛的應用,運用吸聲的方式,可以明顯的改善噪聲環境,運用一定的吸聲材料和吸聲結構,如:多孔性吸聲材料等,可以有效的降低噪聲帶來的污染[4]。在風力發電機的噪聲處理上,只要做好主動減噪和被動減噪,就可以很好的控制噪聲的產生和其帶來的危害。
5.結語
風力發電機帶來的良好社會經濟和環境生態效益不言而喻的,但其振動與噪聲的危害也是明顯的。要有力的減噪和振動帶來的問題,就要積極的改進設備結構、提高設備制造精度,確保風輪運行中的各項平衡,充分發揮阻尼減振控制來減噪,并控制振動振幅,減少振動給結構的傳遞,減低結構噪聲;被動降噪也是必不可少的措施。兩者有機的結合運用,可有效的提高風力的環境效益,有利于人們的生產與生活,實現資源、環境、社會的和諧發展。
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