Kaasaegse tuuleenergiatööstuse, eriti suure võimsusega maismaa- ja avameretuulikute{0}}tootmise kontekstis on vibratsioonist saanud üks tuuleturbiinide ohutust, eluiga, elektritootmist ning kasutus- ja hoolduskulusid mõjutavaid põhitegureid. Kuna tuuleturbiini rummu kõrgus kasvab, labade pikkus pikeneb ja ühe-üksuse võimsus kasvab, muutuvad üha olulisemaks sellised probleemid nagu tuule vibratsioon, torni resonants, labade kõikumine, ülekandeahela vibratsioon ja vundamendi vibratsioon, millega tuuleturbiinid töö ajal kokku puutuvad.
Niisiis, miks on tuuleenergia tööks vajalik vibratsioonisummuti? Turbulentsed tuuled, puhangud, nihketuuled ja torni varjuefekt põhjustavad teradel perioodiliselt erinevat tõukejõudu, mis põhjustab labade libisemist ja võnkumist, mis kandub edasi rummule, peavõllile, käigukastile ja tornile, mille tulemuseks on pidev vibratsioon. Tööratta massi tasakaalustamatus, peavõlli ebaühtlus, laagrite kulumine ja käigukasti hammasrataste kokkupõrked tekitavad kõik-kõrge sagedusega vibratsiooni, mis on ülekandeahela rikete peamised põhjused. Torn on sihvakas, painduv struktuur, millel on madal esimest-järku loomulik sagedus, mis muudab selle altid resonantsile tiiviku pöörlemissageduse ja labade läbipääsusagedusega. Kui resonants tekib, võimendub vibratsiooni amplituud drastiliselt, ohustades konstruktsiooni ohutust.
Milliseid ohte põhjustab vibratsioon tuuleturbiinidele? Pideva vibratsiooni korral lüheneb käigukastide, laagrite, peavõllide ja pöördesüsteemide väsimus oluliselt ning rikete määr suureneb oluliselt. Vibratsioon võib põhjustada torniääriku poltide ja põhiraami poltide lõdvenemist ning raskematel juhtudel võivad keevisõmblustesse tekkida väsimuspraod. Vibratsioonipiirangute ületamine käivitab peamise juhtimissüsteemi koormuse vähendamise, kiiruse piiramise ja väljalülituskaitse, vähendades otseselt energiatootmise aega ja väljundit. Vibratsiooniga-seotud rikked moodustavad enam kui 50% kõigist tuuleturbiinide riketest ning kõrgmäestiku-hooldus- ning avamere käitamis- ja hoolduskulud on äärmiselt suured. Pikaajaline-resonants või äärmuslik vibratsioon võib põhjustada tera pragunemist, torni deformeerumist, vundamendi kahjustamist ja isegi tõsiseid ohutusõnnetusi.
See artikkel tutvustab vibratsioonisummutite kasutamist tuuleturbiini labadel. Terad on kõige ägedamalt vibreerivad komponendid, mis avalduvad peamiselt loksumisel, võnkumisel, laperdamisel ja jäätumisest{1}}indutseeritud tasakaalustamata vibratsioonil. Sisemiselt häälestatud massisummutid, mis on paigaldatud 20–40% laba pikkusest, kasutavad massiplokki, vedrusid ja summutusstruktuuri, et häälestuda tera vibratsioonisagedusega, summutades tõhusalt esimese - ja teise-järgu võnkumisi ja libisevaid vibratsioone, vähendades tera väsimist ja painutusmomendi kasutusiga.
Vibratsioonisummutite kasutamine vähendab labade vibratsiooni amplituudi 30–60%, vähendab tera väsimuskahjustusi üle 40%, vähendab tera pragunemise ja lahtiühendamise ohtu ning leevendab jäävibratsioonist tulenevat tasakaalustamata mõju.
Tuuleenergiatööstuses kasutatakse tavaliselt erinevat tüüpi ja tööpõhimõtetega vibratsioonisummuteid. Enim kasutatav tüüp on häälestatud massisiiber, mis koosneb massiplokist, vedrust ja siibrist. Sagedus on häälestatud tuuleturbiini põhivibratsiooni sagedusele. Vibratsiooni tekkimisel liigub massiplokk energia tarbimiseks vastupidises suunas. Sellel on usaldusväärne struktuur, stabiilne toime ja lai rakendus.
Avamere tuuleturbiinid töötavad mitu korda karmimas keskkonnas kui maismaaturbiinid. Seetõttu peab vibratsioonisummuti vastama kõrgetele korrosioonikindluse nõuetele, sealhulgas kuumtsinkimisele, 316-liitrisele roostevabale terasele, Dacrometi kattele, soolapihustustestidele üle 1000 tunni jooksul ja stabiilsele töötamisele temperatuurivahemikus -40 kuni 80 kraadi. Avamere hoolduskulud on äärmiselt kõrged, mistõttu on vaja kauakestvat disaini. Hüdrauliline siiber peab olema konstrueeritud ka nii, et see takistaks õlilekkeid, mis võivad ookeani saastada.
Millist praktilist kasu saavad tuulepargid vibratsioonisummuti kasutamisest?
Suurenenud energiatootmine, väiksem vibratsioon-käivitanud võimsuse piirangud ja seisakuajad, stabiilne töö turbulentsetes tuulepiirkondades ja üldine elektritootmise kasv 2–8%; põhikomponentide pikendatud eluiga, tera eluiga pikenenud 20–40%, käigukasti eluiga 30–50% ja torni väsimuskahjustused vähenenud 30–60%; oluliselt väiksemad kasutus- ja hoolduskulud, vähem kõrgel{9}kõrguse hooldustöid, vähem käigukasti ja laagrite vahetusi, säästes tuhandeid kuni kümneid tuhandeid USA dollareid ühe avameretuuliku kohta aastas; parandas turbiini üldist ohutust, vältides resonantsi, parandades vastupidavust taifuunide, maavärinate ja lainete korral ning vähendades poltide lõdvenemise ja konstruktsiooni pragunemise ohtu; vähendatud müra, vähendatud aerodünaamiline ja struktuurne müra, mis vastab keskkonnakaitse nõuetele ja hõlbustab projekti heakskiitmist.
