中车株洲所巫发明：大型风电机组叶片与塔筒耦合涡激研究

2020年10月14日-16日，2020北京国际风能大会暨展览会（CWP 2020）在北京新国展隆重召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一，这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会，再次登陆北京，本届大会以“引领绿色复苏，构筑更好未来”为主题，聚焦中国能源革命的未来。能见App全程直播本次大会。

在15日上午召开的关键部件技术创新分论坛上，中车株洲电力机车研究所有限公司风电事业部总体技术部部长/高级主任设计师巫发明发表《大型风电机组叶片与塔筒耦合涡激研究 》主题演讲。

以下为发言实录：

巫发明：在这里和大家分享一下一起探讨涡激，每年有10米的叶片长的非常快。这个点大家可以看到，为什么涡激大家越来越关注，关注是高塔，大家到行业调研调研，不只是高塔有这样的问题，近期大家会慢慢慢慢会看到有这样相应一些问题大家会注意得到，涡激的问题，虎门大桥大家都知道，作虎门大桥出来之前，在风电涡激问题早就被大家关注了，所以在这里大家可以看到，不管桥梁建筑海洋航空航天，大家关注非常之多的。这里我讲一点，不仅是我们塔筒的影响，还有叶片，也有涡激的问题，在这里做一个介绍。

大的海洋流，可以看到涡激的现象。在教科书上看得最多的大家都很清楚，风电行业现在发展这么快，大家在涡激上面从高塔发展过来可能有几点一个是钝体的脱涡。业主看到这个现象你这个风机到底有没有问题？看到有两个标准，一个是61400-6，和61400-6，未安装机舱的塔筒的问题这个是比较严重的，-6考虑涡激振动对风电机组塔筒的影响，只是说涡激振动对塔筒的影响，是不是叶子涡激对塔筒的影响，吊装时候的问题，涡激分析我们在塔筒设计的需要，也是我们认证的一个要求。

大家可以看到一个点，我们为什么考虑到有叶片的涡激问题，叶片的涡激频率和塔筒频率一致的时候，激起塔筒的振动，从这个现象，查阅了一些国外的一些文献，国外有讲到专门有讲到，叶片涡激大家可以网上去查，国内这方面特别少，另外叶片和塔筒耦合影响到整个塔筒的涡激问题，我在前段时间的可再生能源那次会上我做了一次汇报高效老师探讨这个点，根据这个标准塔筒风机都知道，根据这个，大家认为都是塔筒的涡激，考虑耦合的问题，应该是有叶片过去的时候，这里产生的涡激，有两个项目，不只是一个塔筒的事情，这个昨天正好我讲完之后和塔筒的负责人探讨这个问题。我们做了相应的工作，考虑几种形式，和会场的同仁在探讨就是哪些姿态会更容易引起涡激的问题，其实我们也研究过，塔筒涡激的风速，涡激风速很低的，塔筒会发生涡激，我们有一些案例，它不是在上面的风，甚至在七八八米，十来米引起叶片涡激不是塔筒的问题了，叶片在塔筒前面当这个叶片在塔筒的边上，大家可以看到这个作用力，叶片的涡激力是非常的明显，脱落涡是非常明显，塔筒的涡激，我们单叶片的让它有动，这边是叶片与塔筒的耦合的一个过程，所以其实整个的流程特性还是非常复杂的。

把我们流场力加到动力学特性上面去做激振，和塔筒频率一致的下面会发生哪些事情，串联，刚刚说的，负三次方，避免把塔筒的叶片的力都加到动力学模型里面去有一个自动发散的过程，到0.5米甚至到0.6米的情况，加了风速，这里我们也做了一个真实的经过仿真加载上去和耦合状态非常一致。其实我们挖取这么多，真正理解涡激的情况，才知道怎么抑制这些涡激，做了这些事情发生问题，我们是要通过一些实际测量，看看到底存在多少载荷，到底晃动会不会带来机组的问题。做完数据的分析，振动频率是我们塔筒的频率，搞坏了，我们看看晃动还是有，其实跟真实我们运行的，还是小，也是说，这里说明什么，涡激不是一下子就能把风机弄倒，在你范围内，涡激过程频度非常多，次数非常多，它还是个疲劳问题，所以在前面讲要标准里面谈到要研究它的疲劳，所以我们做涡激的抑制，其实是降低它的次数降低它的位量，这样的话不是一定能解决就是让它没有发生这个还是有一定难度的，因为毕竟有那么高那么长的叶片。这是我们做了一次把那些姿态都摆成跟我们刚刚仿真的一样，开展复现，次数不算太多，三到四次的情况，捕捉到我们的状态，然后也用我们相应的一些措施去看看这个涡激会不会被抑制住，用我们的方法能不能把它消下去，实现了我们的控制，其实很简单，串联并联，从并联的方式串联的方式，就没有涡激了，很快的消下去，几个维度，叶片产生了一些气动阻力让它消下去。

这个图看到涡激的过程为什么有耦合的过程发动量少，，发动量越来越大之后有可能会发生二次发散，振动力会加剧有可能，这个我们是在探索的过程，发现它有两次过程，有一个小的结论，叶片现在的问题，叶片和塔筒存在涡激耦合的特性，设计涡激的监测系统，设计方法，得出看到的特征，提出解决方案，这就是讲到涡激的问题。

展望还是我们的评价之路，就是这个讲的是我们中车各个区域的布局，叶片做长，把塔筒做高，这种问题都是来解决高性能高可靠和低成本给业主带来投资收益，我们做这些事情的时候就发现，可能我们有很多很多的这种基础工作要做，就是刚才说的，会不会面临更多的涡激的问怎么去做？数字化，大家讲数字化，怎么更准确的计算，更快速的计算，更合理的计算这些问题，金风谈到做更多的实验，真机实验就是这样子的过程，我们需要更快的把计算算完把迭代迭代完及以前两三年开发一个产片，现在一年甚至半年有可能我们在产品开发就是这样的过程以前。从设计，以前所有数量都是数字化的设计，到我们的样机再校正这个这样的过程其实是非常长的，我们现在每一台风机在运行的时候，足够多传感器，每一台样机，这样的反馈的话，让我们产品做得更好，在这里面我们看到怎么去解决业主的问题。评价之路要不要到25年，20年扛不住，收益率达不，是不是25年，政策支不支持，我们上更多的监控手段，监控手段不能投太多钱，我们现在有性能的监控，是不是对这种载荷也有监控，不然的话我怎么知道会不会倒塔。所以我们整个有推我们信息系统，其实就是我们的数字卵生的概念，在评价之路，我们除了产品推的更快更多，把我们的仿真实验更完美的结合，把大家的问题解决掉。我的汇报完毕，谢谢大家。

（根据速记整理，未经本人审核）