海上风电发电机塔筒共振抑制方案测试

引言

随着海上风电向深远海与大容量机组发展，柔性塔筒因轻量化与经济性优势被广泛应用，但其固有频率易与风浪激励频率耦合，引发涡激振动（VIV）与塔筒共振，导致结构疲劳损伤甚至倒塌风险1为确保机组安全，针对共振抑制方案的测试验证成为产业链的核心环节。

一、共振危害与抑制机理

共振成因：

涡激振动：风作用于塔筒表面形成交替脱落的漩涡，当漩涡频率（与风速正相关）接近塔筒一阶固有频率（通常0.3–1.5 Hz）时，触发“频率锁定”现象，振幅急剧放大

复合激励：叶片旋转频率（如额定转速22.8 rpm对应0.38 Hz）、波浪频率（0.12–0.17 Hz）进一步加剧共振风险

抑制原理：

耗能减振：通过阻尼材料摩擦消耗振动能量；

反作用力减振：利用调谐质量块产生反向惯性力抵消振动

二、主流抑制方案及测试方法

(1) 结构优化类方案测试

扰流条安装验证：

在塔筒上段缠绕三根三角柱形扰流条，通过风洞试验测试不同风速下的涡脱频率变化。结果显示，扰流条可打乱漩涡规律性，使振幅降低40%以上

调谐阻尼系统验证：

调谐颗粒阻尼系统（TPD）：在机舱内部悬挂阻尼箱，内置钢球颗粒（直径0.2 m）。振动时钢球碰撞摩擦耗能，填充率需严格控制在33%–66%以平衡减振效率与空间占用

调谐质量阻尼器（TMD）：通过弹簧组连接阻尼箱与机舱罩，实验室模拟显示，当TMD与机舱质量比为5%–10%时，横向振动衰减率达60%

(2) 实时监测类方案测试

光纤传感监测系统：

在塔筒关键截面布设光纤传感器，实时采集应变与振动数据。台风过境后，系统通过应变突变点定位微裂纹（如法兰连接处），避免人工巡检延误

六自由度载荷模拟测试：

国家级试验基地的传动链平台可模拟“风-浪-流”耦合工况（如50年一遇台风），对塔筒施加多维度极限载荷，验证其抗共振可靠性

(3) 并网适应性测试

通过故障电压穿越测试，模拟电网短路时电压骤降（如80%跌落），验证机组在电网扰动下能否维持稳定运行，避免共振诱因

三、测试技术发展趋势

智能化监测试验平台：

整合光纤传感与大数据分析，构建塔筒“数字孪生体”，实现疲劳寿命预测与主动抑振

混合阻尼系统优化：

结合TPD与TMD的集成式减振系统（如专利CN119290227A），通过扭矩传感器动态校准阻尼参数，提升复杂海况适应性

结语

海上风电塔筒共振抑制需从结构设计、动态监测与极端环境验证三环节协同突破。随着国家级试验基地投运，我国已具备从部件级到整机级的全链条测试能力，为20MW+超大型机组安全服役奠定基础

鸣途电力：深耕海上风电安全监测技术，依托光纤传感与AI算法，提供塔筒载荷实时分析、损伤预警及寿命评估系统，支撑风机智慧运维与风险防控，推动海上风电产业高质量发展。

文献支撑：本文综合涡激振动抑制机理126、减振系统设计验证213、试验平台能力410及在线监测技术911等权威研究，聚焦测试方案的核心创新点。