结构胶下垂脱落对风机安全运行的影响及典型案例分析

1、叶片内部结构胶流挂和脱落的形成机理
 
 2、结构胶流挂对机组运行的影响
 
1、运行噪声
  ]
2、振动
 
 3.典型案例分析
 
 1.2018年3月25日,宁夏某风电场1.5MW风机倒塌。  
 
2。  2015 年 10 月 1 日,一个 1.5 兆瓦的机组在风电场中倒塌。  
 
3。  2019年4月12日,甘肃民勤周家井风电场倒塌,造成人员伤亡。  
 
 四. 总结 
 
1。 三个叶片的动平衡对机组
 
2的安全运行非常重要。 叶片内部结构会下垂、脱落,造成机组振动和晃动剧烈,导致叶片解体,风电机组倒塌。  
 
3。 结构胶在叶片制造过程中被挤出形成流挂。 如机组运行一段时间后脱落,需在机组停机检修时及时取出
 
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1.形成 叶片内部结构的胶水下垂和脱落机理 
 
 叶片是风力涡轮机吸收风能的主要部件。 每个单元一般配备三个刀片。 控制系统根据风速调整桨距角。 从而调节风扇转速。 严格来说,应该对三个叶片进行动平衡实验,但由于叶片长度较大,厂家无法进行叶片的动平衡实验。 为了尽可能保证三个叶片的动平衡,叶片制造商通常会检测每个叶片的重量和重心,并在必要时进行配重。 具有相同重心和相同重量的三个叶片组合在一起并安装在风力涡轮机中。 在发电机组上。  
 
 在风电叶片的生产过程中,需要将上下壳粘合在一起(叶片前缘、后缘、腹板和上下壳,如图所示) 下图)。 为保证粘接面积和粘接强度,粘接面涂的结构胶必须饱满,所以必须在合模后挤出结构胶,在粘接部位形成流挂。 叶片运行一段时间后,由于叶片在风荷载作用下反复弯曲变形,这些下垂会脱落落入叶片内部。  
 
 2.结构胶下垂对机组运行的影响分析 
 
 叶片内侧的结构胶下垂,因为三个叶片的位置和数量是 随机,这打破了生产过程中三个叶片的动态平衡得到改善。 这些在低转弯时从下垂处掉落叶片高速旋转时,在叶片内部上下运动,形成咔嗒声; 如果机组的叶片在某些条件下高速旋转,机组可能会剧烈振动甚至倒塌。 叶片内侧脱落的结构胶下垂对风机的影响如下:
 
1. 运转噪音
 
 下垂产生的噪音与叶片的速度有关,当加速度(V²/R)小于重力加速度(  g)、下垂的垂度会随着叶片的转动而上下移动。 当有脱落垂度的叶片处于上部垂直位置时,脱落垂度会在重力作用下下落,从叶尖落到叶片根部,产生噪音; 当有脱落垂度的叶片处于较低的垂直位置时,脱落垂度会下落,在离心力和重力的叠加作用下,它会加速下落,从根部下落到尖端并撞击尖端,再次产生噪音; 即在低速运行时,每个叶片随叶轮旋转一次,就会有第二次噪音。  
 
 当叶片速度增加且旋转引起的离心加速度(V²/R)大于重力加速度(g)时,下垂的垂度会被离心力抛向叶片尖端, 并且不会再随着刀刃旋转发出撞击的声音。  
 
2、振动
 
 (1)低速运行时的冲击振动。  
 
 当(V²/R) g时,叶片内侧的下垂挂在叶片尖端,破坏了三个叶片的动平衡,导致机组振动。 这种振动的频率随着叶片速度的增加而增加,离心力也随着叶片速度的增加而增加,造成更严重的不平衡。 机组达到额定转速后,由于桨距控制系统的介入,叶片转速不再增加,振动频率和离心力可稳定在一定值。  
 
 以某品牌141/2.5MW风机为例。 风轮额定转速11.5r/min,叶片直径141米。 由于叶尖空间较小,假设脱落垂度保持在叶轮半径 70 米处。 分枝叶片内下垂重量为5kg,叶片在额定转速下旋转形成的离心力可由下式计算: 
 
 离心力F=MV?/R 其中:  M=5kg, R= 70m V 为叶尖线速度 
 
V 由下式计算: 
 
V = nлD/60 = 11.5 *3.14 *140 /60 ≈ 84 (  m/s)
 
F = MV²/R = 5 *(84)²/70 = 504(N)
 
 即:当叶片以 11.5r/ 的额定速度旋转时,单个叶片中 5kg 的脱落下垂会给机组带来额外的影响 min 504 (N) 频率为11.5Hz的不平衡旋转动载荷必然会引起机组运行振动。  
 
 (3) 高速运行失控造成的事故。  
 
 当风扇因控制系统故障等原因耗尽时,即使机组达到额定转速,叶片的转速也会继续增加。 上述脱落和下垂引起的离心力将与速度成平方关系增加:[ h]
 假设风力机后叶片的速度达到100r/min,
 
  ] 那么: V = 100 *3.14 *140 / 60 ≈733m/s
 
F = 5 (733)² / 70 ≈ 38,378 (N) ≈3.84t
 
 即:这5kg 脱落垂度以100r/min的速度随叶轮悬挂,在机组上形成约3.84吨的离心力。 机组在如此大的周期内,离心力会产生剧烈的振动,同时在塔的中下部产生巨大的弯矩。 振动和巨大弯矩的叠加作用可以使风力发电机在几分钟内倒塌。  
 
 3、典型案例分析 
 
 案例一 2018年3月25日,宁夏某风电场1.5MW风机发生倒塌事故。  
 
事故概况:2018年3月25日15时27分,风电场5人对C04机组进行例行检修。 维修工作于16:40左右结束。 两名风机轮毂维修人员从轮毂里出来,摇晃了一下。 叶轮锁销拔出,液压站高速制动控制阀关闭,液压制动钳打开,叶轮开始转动。
其中一名运维人员发现异常后,于16时42分16秒按下“手动急停按钮”,停机失败。16时42分28秒C04风机报“超速故障”信号, 轮毂维修人员大声提醒“划桨,开动机器”。  16:43:07手动用高速轴刹车试停,风扇报“本地手动停机,液压刹车未松开”故障,
但刹车不动作,风扇转速迅速升高。 机舱内的四名船员在紧急情况下立即开始通过梯子下塔。  16:45 风扇发电机最高转速达到3946.98rpm.  16:46 C04 风扇倒塌。  
 
 事故记录:
 
1) PLC 控制器 5 分钟数据记录:16:40 到 16:45 间隔:C04 机组高速轴制动已解除,发电机转速启动 从0rpm上升,发电机最高转速3946.98rpm,最低转速0rpm,平均转速1904.045rpm; 主轴最高转速40.14rpm,最低转速0rpm,平均转速18.893rpm。  
 
2) 风机SCADA系统(数据采集与监控系统)故障记录:16:42'16"在机舱进行急停操作;16:42'28"机组启动发电机超速故障;  16:42'33"激活主轴超速故障,可见16:42'16"机组转速低于1980rpm(发电机转速软件保护值为1980rpm)。  
 
3) 16:45:37,风机SCADA系统报“塔底急停”故障。 此时塔架剧烈晃动,机组振动值为0.506g,超过规定值0.2g,导致常闭接触塔底部急停电路断电。  16时45分57秒,风扇的SCADA系统报告“刹车盘磨损”。 这时机舱的晃动加大,联轴器一直运转不规律,
导致刹车盘磨损。  16时46分,风机附近人员电话报告C04超速车,风机倒塌。  
 
4) C04风电机组二级塔架与一级塔架分离,塔架法兰连接螺栓全部断,二级及以上塔架和机舱翻倒 整体来看,一线塔没有倾倒,也没有明显异常。  
 
 事故分析:根据C04的风电机组运行记录,风轮转速达到40r/min,造成机组剧烈振动(晃动),导致风电机组倒塌。 事故调查报告并未具体说明风机倒塌前叶片已断裂或解体。 可以断定,肯定是三个叶片的动平衡被破坏了,导致机组振动晃动,直至倒塌。  
 
案例2 2015年10月1日,风电场1.5MW机组倒塌。  
 
 事故概况:2015年10月1日7时38分,某风电场1.5MW机组1A03通讯消失,操作服务员通知维修组长,维修组长报指派风电场负责人,组织人员到现场检查。 维修人员7时50分到达现场,发现1A03号风机已经倒塌,下塔法兰和基环法兰的128个连接螺栓全部断裂。
据现场勘察,塔管在倾倒过程中旋转约90度,塔管下部局部弯曲变形,管体圆柱形变为椭圆形,基础环法兰部分变形。 向上变形; 在该方向左侧约10米处,机舱机身外壳处于支离破碎的状态; 三枚叶片严重受损,其中一枚叶片在距塔根约2-3米处折断,
从塔基约187米处飞出,叶片断裂部分被撕裂。 另外两片桨叶虽然没有与轮毂分离,但损坏严重。  
 
 1A03风扇在通讯消失前没有报故障。 另外,由于粉丝数据信息上传服务器的存储方式,服务器上能提取的数据信息只有6:29:48前10分钟的平均数据,6:29:48前10分钟的平均数据 为 1A03 风扇称为。 分钟平均数据。 记录期间,风机最大风速24.8m/s,
有功功率1559.7kW,发电机转速1901.9rpm。  
 
 那么6点29分到7点38分机组运行过程中风扇通讯消失是怎么回事? 是什么神秘力量将断刃扔到了187米之外? 而另外两个叶片仍然连接到轮毂上?  
 
 事故分析:根据理论分析和经验判断,完全有理由确定风机在倒塌前失控。 叶轮的高速旋转使其中一个叶片断裂飞出,叶轮失去动平衡。 剩下的两片叶片继续高速旋转,并在离心力的作用下剧烈颤动,直至崩塌。  
 
案例3 2019年4月12日,甘肃民勤周家井风电场倒塌事故造成人员伤亡。  
 
 2019年4月12日,民勤航天新能源84#2MW机组例行检查中,风电机组坠毁,造成4人死亡、1人重伤、1人轻伤。 恶性事故。 到目前为止,我还没有看到事故单位的详细运行记录和完整的事故调查报告。 我只是从公开资料中了解到事故的大致过程。  
 
 事故概况:4月12日,84#风机在例行检查时未进行收起作业,三片叶片全部停在0°左右的开启位置,风速 当时大约是 6m/s。定期检查员操作失误,松开机组刹车,导致风机失控启动失控。 风扇在叶片完全打开时继续空转,并迅速加速进入超速状态。
其中一个叶片无法承受过大的离心力而破裂。 另外两个叶片继续高速旋转。 该装置失去了动态平衡。 机组在高速旋转产生的巨大离心力的作用下剧烈震动和晃动,最终导致风机倒塌。  
 
 四. 总结 
 
 从以上分析和风电机组事故案例可以看出,三个叶片的动平衡对机组的安全运行非常重要。 叶片的动平衡被破坏后,机组会发生振动和晃动,失去控制会导致机组倒塌。 风电机组倒塌的案例很多,大多与三个叶片失去动平衡有关。  
 
 叶片内部结构胶下垂脱落。 如果叶片在叶片内部旋转,叶片之间的动平衡就会被破坏。 虽然风扇在低速和额定转速下不会对风扇的安全造成致命的损害,但在高速时,会产生巨大的离心力,导致机组剧烈振动和晃动,严重的会导致叶片解体 和风扇崩溃。  
 
 因此,叶片制造过程中产生的结构胶被挤压形成流挂。 如果机组运行一段时间后脱落,需要在机组停机检修时及时取出,以减少机组的振动和噪音。 降低单位倒塌发生的概率。

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