风力发电机组偏航噪声分析及控制措施

刘占峰

摘要：偏航系统是风力发电机组重要的组成部分，它是一个随动系统，使机组跟踪风向的变化，保证机组始终正对风向，获得最大的风能，提高发电效率。因此，偏航系统的安全、稳定运行，对风力发电机组有着重要的意义。

关键词：偏航系统;故障;解决方案

1风力发电机发电能力评估

风力发电机的等效风能利用小时数是衡量项目发电性能的重要指标，它就是风力发电机年发电量与容量的比值。对于单台机组，它是单台风机年发电量与机组容量的比值。所以可以从分析单台风机的等效风能利用小时数入手。统计单台机组的发电量，将单台机组发电量加上限电、故障、检修等损失电量折算为等效利用小时数，对风电场同型号机组的等效利用小时数进行排序，并将实际风速与等效利用小时数进行对照分析，可以筛选出相同风速条件下等效利用小时数低于平均值的机组。风机功率曲线是风力发电机组发电能力的最直接体现。所以用功率曲线可以有效地分析风机的健康水平和发电能力。由于受到机组尾流、空气密度、湍流强度等环境因素的影响，风力发电机组在运行过程中的实际运行功率曲线与设计功率曲线可能并不完全匹配，通过综合判断单台风机实际功率曲线与标准功率曲线之间的差异，能有直观地反映出风机发电能力的优劣。我们可以取单台风力发电机一年10分钟风速和有功功率，结合机组实际功率曲线，推算单台机组的年理论发电量;利用10分钟平均风速和合同保证的功率曲线，推算单台机組的实测风速年保证发电量，并绘制分布图。分析风电机组实际运行功率曲线计算发电量与合同保证功率曲线计算发电量之间的比值为功率曲线符合度。对机组功率曲线符合度进行排序分析，可以筛选出功率曲线符合度异常机组。

2风力发电机组偏航噪声分析

2.1摩擦对偶件表面粗糙度不合理

表面粗糙度和磨损情况对摩擦噪声的产生及演变有重要影响，在摩擦过程中，光滑表面极易形成明显的磨屑堆积和黏着剥落等磨损特征，其黏着撕裂作用更易引起摩擦力高频波动并产生高强度的尖叫噪声，所以摩擦片厂家单方面要求提高刹车盘表面粗糙度是不妥的，特别是有的厂家要求表面粗糙度达到Ra0.8，这样除加工成本大幅提升外，后期实践证明噪声会在产品使用的初期立即发生。对此，有的摩擦片厂家提出喷砂处理刹车盘表面，目的是形成接触表面主要以犁沟为磨损特征，而由犁削效应引起摩擦力波动的能量较弱，抑制了摩擦力高频成分的产生，并达到降低噪声强度的效果。

2.2偏航振动超限或噪音过大问题

偏航振动和噪音过大是风力发电机组常见问题，一般会同时发生，从而严重影响风机安全稳定运行，因此彻底解决偏航振动以及噪音问题至关重要。针对某种兆瓦级风力发电机组分析原因如下几种情况：偏航过程中偏航制动器摩擦片与制动盘之间的摩擦异常产生振动及噪音。因偏航系统采用齿轮驱动，为避免驱动齿轮承受震荡变化的风向引起的交变载荷，保证机组偏航过程中运行稳定，通常设计偏航系统在偏航过程中必须具有一定的阻尼力矩，即整个偏航过程偏航制动器靠一定的压力夹紧偏航制动盘，有些机组在偏航过程中会出现振动和噪音。

2.3摩擦片表面清洁度差

多数摩擦片是不耐油污的有机复合材料（少数厂家声称其摩擦片耐油污，如JHS德尔纳），经常发生表面附着油污，进而粘附磨屑，在压力作用下牢固的粘附在摩擦片上，形成一层固化硬质层（凹凸不平的光亮摩擦面），接触面积大幅减少，滑动过程中产生刺耳的噪声。

3风力发电机组偏航噪声控制措施

3.1捕风能力优化

测风装置通过自适应控制，持续并自动校准偏航上风向，为每台风机自动更新传递函数。利用风向的自然变化根据发电量来感知最佳偏航位置，适当调整偏航对风偏差设定值，提高对风准确度。根据IEC标准，多数风机的切出风速都设定在了20～25m/s，如果根据风力发电机的运行工况与结构特征，将风机的切出风速适当提高，则可以捕获更多的风能，明显提升机组发电量，但是，需要对风电机组进行严格的疲劳和极限载荷计算，结合叶片变桨角度的变化来控制机组载荷能力的均衡，保证机组的安全运行。

3.2偏航振动超限或噪音过大问题的处理对策

偏航驱动小齿轮与偏航轴承齿盘之间啮合异常时产生振动和噪音，原因分析如下。一是由于偏航驱动小齿轮与偏航轴承齿盘之间齿侧间隙设计不合理或者安装超差，偏航驱动小齿轮有一定的偏心量，如果齿侧间隙不合理，轻则发生振动和噪音，重则断齿。整改措施是重新调整齿侧间隙;二是驱动小齿轮和偏航轴承齿盘齿面没有润滑油脂，由于偏航处承担较大载荷导致在偏航过程中齿间产生较大摩擦力，加速齿面磨损，也导致偏航振动和噪音。整改措施是按照维护周期和运行状态进行齿面润滑或者改造成自动润滑系统。

3.3硬件优化

叶片是风力发电机组的关键组成部分。每个叶片都配置一套独立的变桨系统，机组运行期间，通过风机变桨驱动装置，调整叶片角度，实现叶片变桨，安全保护和功率控制。利用空气动力学原理，对风机叶片的气动优化设计，可以有效降低风力发电机组的载荷，提升风机发电能力。风机在运行过程中，风并非断横切风流“推”动风机叶片，而是吹过叶片表面形成叶片正反面的压差，从而产生升力令风轮旋转，这与飞机的机翼有相似之处，我们是否可以在飞机机翼设计上获得灵感来改善风机叶片的气动性能呢？

结语

综上分析所述，偏航噪声的产生是一个复杂的过程，其产生产的原因也是多种多样，不仅仅是摩擦片与摩擦盘间摩擦问题，这涉及到偏航系统设计、摩擦片材料、摩擦盘加工水平、整机装配等等一系列配套措施，需要深入分析，综合治理，只从某一方面来解决现场噪声问题无法起到根治作用，必须有针对性的结合现场机组特性及运营环境，参考本文中提到的相关因素，采用适合的措施才能彻底解决噪声问题，确保风力发电机组安全、稳定、高效的运行。

参考文献

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