結構膠下垂脫落對風機安全運行的影響及典型案例分析

1、葉片內部結構膠流掛和脫落的形成機理
 
 2、結構膠流掛對機組運行的影響
 
1、運行噪聲
  ]
2、振動
 
 3.典型案例分析
 
 1.2018年3月25日,寧夏某風電場1.5MW風機倒塌。  
 
2。  2015 年 10 月 1 日,一個 1.5 兆瓦的機組在風電場中倒塌。  
 
3。  2019年4月12日,甘肅民勤周家井風電場倒塌,造成人員傷亡。  
 
 四. 總結 
 
1。 三個葉片的動平衡對機組
 
2的安全運行非常重要。 葉片內部結構會下垂、脫落,造成機組振動和晃動劇烈,導致葉片解體,風電機組倒塌。  
 
3。 結構膠在葉片制造過程中被擠出形成流掛。 如機組運行一段時間后脫落,需在機組停機檢修時及時取出
 
文章快遞
 
1.形成 葉片內部結構的膠水下垂和脫落機理 
 
 葉片是風力渦輪機吸收風能的主要部件。 每個單元一般配備三個刀片。 控制系統根據風速調整槳距角。 從而調節風扇轉速。 嚴格來說,應該對三個葉片進行動平衡實驗,但由于葉片長度較大,廠家無法進行葉片的動平衡實驗。 為了盡可能保證三個葉片的動平衡,葉片制造商通常會檢測每個葉片的重量和重心,并在必要時進行配重。 具有相同重心和相同重量的三個葉片組合在一起并安裝在風力渦輪機中。 在發電機組上。  
 
 在風電葉片的生產過程中,需要將上下殼粘合在一起(葉片前緣、后緣、腹板和上下殼,如圖所示) 下圖)。 為保證粘接面積和粘接強度,粘接面涂的結構膠必須飽滿,所以必須在合模后擠出結構膠,在粘接部位形成流掛。 葉片運行一段時間后,由于葉片在風荷載作用下反復彎曲變形,這些下垂會脫落落入葉片內部。  
 
 2.結構膠下垂對機組運行的影響分析 
 
 葉片內側的結構膠下垂,因為三個葉片的位置和數量是 隨機,這打破了生產過程中三個葉片的動態平衡得到改善。 這些在低轉彎時從下垂處掉落葉片高速旋轉時,在葉片內部上下運動,形成咔嗒聲; 如果機組的葉片在某些條件下高速旋轉,機組可能會劇烈振動甚至倒塌。 葉片內側脫落的結構膠下垂對風機的影響如下:
 
1. 運轉噪音
 
 下垂產生的噪音與葉片的速度有關,當加速度(V²/R)小于重力加速度(  g)、下垂的垂度會隨著葉片的轉動而上下移動。 當有脫落垂度的葉片處于上部垂直位置時,脫落垂度會在重力作用下下落,從葉尖落到葉片根部,產生噪音; 當有脫落垂度的葉片處于較低的垂直位置時,脫落垂度會下落,在離心力和重力的疊加作用下,它會加速下落,從根部下落到尖端并撞擊尖端,再次產生噪音; 即在低速運行時,每個葉片隨葉輪旋轉一次,就會有第二次噪音。  
 
 當葉片速度增加且旋轉引起的離心加速度(V²/R)大于重力加速度(g)時,下垂的垂度會被離心力拋向葉片尖端, 并且不會再隨著刀刃旋轉發出撞擊的聲音。  
 
2、振動
 
 (1)低速運行時的沖擊振動。  
 
 當(V²/R) g時,葉片內側的下垂掛在葉片尖端,破壞了三個葉片的動平衡,導致機組振動。 這種振動的頻率隨著葉片速度的增加而增加,離心力也隨著葉片速度的增加而增加,造成更嚴重的不平衡。 機組達到額定轉速后,由于槳距控制系統的介入,葉片轉速不再增加,振動頻率和離心力可穩定在一定值。  
 
 以某品牌141/2.5MW風機為例。 風輪額定轉速11.5r/min,葉片直徑141米。 由于葉尖空間較小,假設脫落垂度保持在葉輪半徑 70 米處。 分枝葉片內下垂重量為5kg,葉片在額定轉速下旋轉形成的離心力可由下式計算: 
 
 離心力F=MV?/R 其中:  M=5kg, R= 70m V 為葉尖線速度 
 
V 由下式計算: 
 
V = nлD/60 = 11.5 *3.14 *140 /60 ≈ 84 (  m/s)
 
F = MV²/R = 5 *(84)²/70 = 504(N)
 
 即:當葉片以 11.5r/ 的額定速度旋轉時,單個葉片中 5kg 的脫落下垂會給機組帶來額外的影響 min 504 (N) 頻率為11.5Hz的不平衡旋轉動載荷必然會引起機組運行振動。  
 
 (3) 高速運行失控造成的事故。  
 
 當風扇因控制系統故障等原因耗盡時,即使機組達到額定轉速,葉片的轉速也會繼續增加。 上述脫落和下垂引起的離心力將與速度成平方關系增加:[ h]
 假設風力機后葉片的速度達到100r/min,
 
  ] 那么: V = 100 *3.14 *140 / 60 ≈733m/s
 
F = 5 (733)² / 70 ≈ 38,378 (N) ≈3.84t
 
 即:這5kg 脫落垂度以100r/min的速度隨葉輪懸掛,在機組上形成約3.84噸的離心力。 機組在如此大的周期內,離心力會產生劇烈的振動,同時在塔的中下部產生巨大的彎矩。 振動和巨大彎矩的疊加作用可以使風力發電機在幾分鐘內倒塌。  
 
 3、典型案例分析 
 
 案例一 2018年3月25日,寧夏某風電場1.5MW風機發生倒塌事故。  
 
事故概況:2018年3月25日15時27分,風電場5人對C04機組進行例行檢修。 維修工作于16:40左右結束。 兩名風機輪轂維修人員從輪轂里出來,搖晃了一下。 葉輪鎖銷拔出,液壓站高速制動控制閥關閉,液壓制動鉗打開,葉輪開始轉動。
其中一名運維人員發現異常后,于16時42分16秒按下“手動急停按鈕”,停機失敗。16時42分28秒C04風機報“超速故障”信號, 輪轂維修人員大聲提醒“劃槳,開動機器”。  16:43:07手動用高速軸剎車試停,風扇報“本地手動停機,液壓剎車未松開”故障,
但剎車不動作,風扇轉速迅速升高。 機艙內的四名船員在緊急情況下立即開始通過梯子下塔。  16:45 風扇發電機最高轉速達到3946.98rpm.  16:46 C04 風扇倒塌。  
 
 事故記錄:
 
1) PLC 控制器 5 分鐘數據記錄:16:40 到 16:45 間隔:C04 機組高速軸制動已解除,發電機轉速啟動 從0rpm上升,發電機最高轉速3946.98rpm,最低轉速0rpm,平均轉速1904.045rpm; 主軸最高轉速40.14rpm,最低轉速0rpm,平均轉速18.893rpm。  
 
2) 風機SCADA系統(數據采集與監控系統)故障記錄:16:42'16"在機艙進行急停操作;16:42'28"機組啟動發電機超速故障;  16:42'33"激活主軸超速故障,可見16:42'16"機組轉速低于1980rpm(發電機轉速軟件保護值為1980rpm)。  
 
3) 16:45:37,風機SCADA系統報“塔底急停”故障。 此時塔架劇烈晃動,機組振動值為0.506g,超過規定值0.2g,導致常閉接觸塔底部急停電路斷電。  16時45分57秒,風扇的SCADA系統報告“剎車盤磨損”。 這時機艙的晃動加大,聯軸器一直運轉不規律,
導致剎車盤磨損。  16時46分,風機附近人員電話報告C04超速車,風機倒塌。  
 
4) C04風電機組二級塔架與一級塔架分離,塔架法蘭連接螺栓全部斷,二級及以上塔架和機艙翻倒 整體來看,一線塔沒有傾倒,也沒有明顯異常。  
 
 事故分析:根據C04的風電機組運行記錄,風輪轉速達到40r/min,造成機組劇烈振動(晃動),導致風電機組倒塌。 事故調查報告并未具體說明風機倒塌前葉片已斷裂或解體。 可以斷定,肯定是三個葉片的動平衡被破壞了,導致機組振動晃動,直至倒塌。  
 
案例2 2015年10月1日,風電場1.5MW機組倒塌。  
 
 事故概況:2015年10月1日7時38分,某風電場1.5MW機組1A03通訊消失,操作服務員通知維修組長,維修組長報指派風電場負責人,組織人員到現場檢查。 維修人員7時50分到達現場,發現1A03號風機已經倒塌,下塔法蘭和基環法蘭的128個連接螺栓全部斷裂。
據現場勘察,塔管在傾倒過程中旋轉約90度,塔管下部局部彎曲變形,管體圓柱形變為橢圓形,基礎環法蘭部分變形。 向上變形; 在該方向左側約10米處,機艙機身外殼處于支離破碎的狀態; 三枚葉片嚴重受損,其中一枚葉片在距塔根約2-3米處折斷,
從塔基約187米處飛出,葉片斷裂部分被撕裂。 另外兩片槳葉雖然沒有與輪轂分離,但損壞嚴重。  
 
 1A03風扇在通訊消失前沒有報故障。 另外,由于粉絲數據信息上傳服務器的存儲方式,服務器上能提取的數據信息只有6:29:48前10分鐘的平均數據,6:29:48前10分鐘的平均數據 為 1A03 風扇稱為。 分鐘平均數據。 記錄期間,風機最大風速24.8m/s,
有功功率1559.7kW,發電機轉速1901.9rpm。  
 
 那么6點29分到7點38分機組運行過程中風扇通訊消失是怎么回事? 是什么神秘力量將斷刃扔到了187米之外? 而另外兩個葉片仍然連接到輪轂上?  
 
 事故分析:根據理論分析和經驗判斷,完全有理由確定風機在倒塌前失控。 葉輪的高速旋轉使其中一個葉片斷裂飛出,葉輪失去動平衡。 剩下的兩片葉片繼續高速旋轉,并在離心力的作用下劇烈顫動,直至崩塌。  
 
案例3 2019年4月12日,甘肅民勤周家井風電場倒塌事故造成人員傷亡。  
 
 2019年4月12日,民勤航天新能源84#2MW機組例行檢查中,風電機組墜毀,造成4人死亡、1人重傷、1人輕傷。 惡性事故。 到目前為止,我還沒有看到事故單位的詳細運行記錄和完整的事故調查報告。 我只是從公開資料中了解到事故的大致過程。  
 
 事故概況:4月12日,84#風機在例行檢查時未進行收起作業,三片葉片全部停在0°左右的開啟位置,風速 當時大約是 6m/s。定期檢查員操作失誤,松開機組剎車,導致風機失控啟動失控。 風扇在葉片完全打開時繼續空轉,并迅速加速進入超速狀態。
其中一個葉片無法承受過大的離心力而破裂。 另外兩個葉片繼續高速旋轉。 該裝置失去了動態平衡。 機組在高速旋轉產生的巨大離心力的作用下劇烈震動和晃動,最終導致風機倒塌。  
 
 四. 總結 
 
 從以上分析和風電機組事故案例可以看出,三個葉片的動平衡對機組的安全運行非常重要。 葉片的動平衡被破壞后,機組會發生振動和晃動,失去控制會導致機組倒塌。 風電機組倒塌的案例很多,大多與三個葉片失去動平衡有關。  
 
 葉片內部結構膠下垂脫落。 如果葉片在葉片內部旋轉,葉片之間的動平衡就會被破壞。 雖然風扇在低速和額定轉速下不會對風扇的安全造成致命的損害,但在高速時,會產生巨大的離心力,導致機組劇烈振動和晃動,嚴重的會導致葉片解體 和風扇崩潰。  
 
 因此,葉片制造過程中產生的結構膠被擠壓形成流掛。 如果機組運行一段時間后脫落,需要在機組停機檢修時及時取出,以減少機組的振動和噪音。 降低單位倒塌發生的概率。

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