塔筒涡激振动的克星

原创 电子 [风光发电](javascript:void(0);)

在风电项目中，塔筒扰流条（也称为涡流发生器、螺旋扰流板、螺旋列板或破涡器）扮演着至关重要的角色，其主要作用是抑制塔筒涡激振动。

作用详解

1. 破坏周期性涡旋脱落：

当风以一定角度和速度流过圆柱形的塔筒时，会在塔筒背风侧产生交替脱落的漩涡（卡门涡街）。

这种周期性的漩涡脱落会在塔筒上产生垂直于风向的交变升力，从而诱发塔筒的横向振动（涡激振动）。

扰流条通过其特定的形状（通常是螺旋状或直线条状凸起）扰乱塔筒表面的气流边界层，打乱漩涡形成和脱落的规律性**，使其变得随机或不稳定。

2. 抑制涡激振动：

通过破坏涡旋脱落的周期性，扰流条能显著降低甚至消除由此产生的周期性升力。

这有效地抑制了塔筒在特定风速范围内的横向振动幅度，防止塔筒因长时间大幅振动而引发疲劳损伤甚至共振风险。

3. 次要作用：

降低风阻（轻微）： 虽然主要目的不是减阻，但扰流条有时能在特定工况下略微改变气流形态，对阻力产生微小影响（通常是略微增加阻力，但相对于抑制振动的收益可以忽略）。

降低风噪（轻微）：减少周期性涡旋脱落也可能略微降低相关的风噪。

安装位置

扰流条的安装位置是其发挥有效作用的关键，主要基于以下原则：

1. 塔筒上部区域： 这是最核心的安装位置。

原因：涡激振动最容易在塔筒顶部附近发生。原因有三：

风速最高：风速随高度增加，塔顶风速最大，涡旋脱落产生的激振力也最大。

结构响应最大：塔筒顶部（接近机舱）是结构柔度最大的地方，对相同激振力的响应（振幅）也最大。

气流更“干净”： 越靠近地面，气流受地形、植被、建筑物等干扰越大，涡旋脱落的规律性反而可能被破坏。塔筒上部气流更稳定均匀，周期性涡脱更易形成。

典型位置：通常安装在塔筒总高度的 顶部1/3到1/4段，特别是靠近机舱下方的几段塔筒上。

2. 螺旋环绕：扰流条通常不是垂直或水平的直线条，而是以螺旋线的形式环绕塔筒表面安装。

原因：

全方位破坏涡脱： 风向会变化，螺旋线能确保无论风从哪个方向吹来，都能有效地干扰气流。

连续性干扰：螺旋线提供连续的干扰路径，比离散的点或短条效果更好。

避免形成新的规律性：螺旋形状本身不容易诱导出新的、有害的规律性涡脱。

3.  可能的多层安装：

对于非常高的塔筒，或者在某些特定的设计或场地条件下（如存在复杂气流），可能会在塔筒的中上部甚至中部**安装多层螺旋扰流条，以提供更全面的保护，确保在更大的高度范围内有效抑制振动。

总结关键点

核心作用：破坏塔筒背风侧周期性涡旋脱落，从而强力抑制涡激振动，保护塔筒结构安全，防止疲劳破坏。

核心位置：塔筒上部（通常是顶部1/3到1/4区域），特别是靠近机舱的下方塔段。

典型形式：以螺旋线形式环绕塔筒表面安装。

材料：常用高耐久性材料制成，如特殊橡胶、聚氨酯或金属（如铝），确保在恶劣户外环境下长期有效。

简而言之，塔筒扰流条是安装在塔筒上部、呈螺旋状环绕的凸起结构，专门用于“打乱”塔筒背风侧的气流，防止形成规律的漩涡，从而避免塔筒因这些漩涡脱落而产生危险的摇晃。它们是现代大型风力发电机组塔筒设计中必不可少的安全装置之一。