風(fēng)力發(fā)電機(jī)組噪聲測(cè)量方法探討

1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組噪聲測(cè)量方法探討摘要：近年來(lái)，我國(guó)對(duì)電能的需求不斷增加，風(fēng)力發(fā)電廠建設(shè)越來(lái)越多。目 前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已日趨成熟， 經(jīng)歷幾年的歷練， 部分風(fēng)機(jī)制造廠正在自己研發(fā) 設(shè)計(jì)、自主創(chuàng)新研制風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，使結(jié)構(gòu)系統(tǒng)更優(yōu)化、完善。大型整機(jī)廠已 不局限于 1.5MW機(jī)型機(jī)組，為符合風(fēng)場(chǎng)環(huán)境已研發(fā)出 2MW、3MW、5MW、 7MW級(jí)風(fēng) 力發(fā)電機(jī)組， 關(guān)鍵部件性能也日益提高， 主控控制系統(tǒng)的智能控制也加速提高了 風(fēng)電機(jī)組的可靠性和壽命。 無(wú)論在機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣控制方面都有所完善， 為今后 的快速發(fā)展奠定了穩(wěn)固的基礎(chǔ)。 不僅能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求， 而且已經(jīng)向國(guó)際市 場(chǎng)供貨。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的改進(jìn)完善過(guò)程

2、中， 眾多難題需要攻克， 以使風(fēng)機(jī)運(yùn)行 更穩(wěn)固，更有優(yōu)勢(shì)。文章針對(duì)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲影響進(jìn)行分析， 同時(shí)列舉偏航部位產(chǎn)生的噪音并進(jìn)行研究、 改進(jìn)，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組更加完善， 對(duì) 風(fēng)機(jī)改進(jìn)有一定的影響作用。隨著人類社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步 , 人們?cè)絹?lái)越關(guān)注噪聲給生活帶來(lái)的影 響。在人們周圍有多種多樣的噪聲源 : 汽車、火車開過(guò)的聲音 , 建筑工地的轟鳴聲 等等。切切實(shí)實(shí)地解決噪聲問題 , 降低噪聲 , 是提高環(huán)境質(zhì)量的重要方面。 風(fēng)力發(fā) 電機(jī)的噪聲問題，到目前為止世界上還未徹底解決 ,人們正著手研究 , 但取得的進(jìn) 展有限。由于風(fēng)力機(jī)運(yùn)行于開放的大氣環(huán)境中 , 其工作環(huán)境極其惡劣 ,

3、因此設(shè)計(jì)中 應(yīng)盡量保證其使用壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)安全可靠 , 不但要提高性能 ,還要盡量減少噪聲 , 從而使其使用更環(huán)保、更舒適。為此 , 本文對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整機(jī)的噪聲進(jìn)行測(cè)試 分析與研究 , 為解決風(fēng)力機(jī)的降噪問題提供依據(jù)。1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組噪聲來(lái)源風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中， 受氣流影響， 在加上轉(zhuǎn)動(dòng)部件的摩擦， 葉片及機(jī) 組部件會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲， 噪聲源主要來(lái)源于機(jī)械及結(jié)構(gòu)噪聲， 如齒輪嚙合的噪 聲，由于互相摩擦引起振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲，葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)葉尖的氣動(dòng)噪聲。機(jī)械噪聲 還包括軸承噪聲、 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電磁振動(dòng)噪聲等。 葉片的氣動(dòng)噪聲是風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組的主要噪聲源， 降低氣動(dòng)噪聲主要方式有降低轉(zhuǎn)速即降低葉尖線

4、速度， 鋸齒后 緣及柔軟后緣等，但降低葉尖線速度會(huì)影響風(fēng)機(jī)功率曲線即降低發(fā)電能力所以一 般不予考慮。 其他噪聲來(lái)源如空氣動(dòng)力噪聲， 由于此噪聲在空氣中， 隨風(fēng)速增大 而增強(qiáng)，因此此噪聲不易分離。其余則是一些輔助設(shè)備引起的噪聲，如散熱器、 排風(fēng)扇等。2 小波分析法故障診斷當(dāng)部件預(yù)故障或發(fā)生故障時(shí)， 其輻射的噪聲品質(zhì)會(huì)發(fā)生改變。 通過(guò)監(jiān)測(cè)和分 析對(duì)應(yīng)的噪聲特性， 就可以檢測(cè)判斷設(shè)備的噪聲檢測(cè)尤其是旋轉(zhuǎn)部件的高頻噪聲 檢測(cè)。該方法對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組早期故障的監(jiān)測(cè)效果顯著。 近年來(lái)， 小波分析方 法發(fā)展迅猛，已被應(yīng)用于故障診斷領(lǐng)域。 在工程實(shí)踐中， 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)復(fù)雜多變， 致使系統(tǒng)中存在大量的非平穩(wěn)信號(hào)

5、。如風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)，其轉(zhuǎn)速、 功率等都是非平穩(wěn)的， 即使在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)， 若發(fā)生摩擦或沖擊， 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的阻 尼、剛度、彈性力等發(fā)生變化，產(chǎn)生的噪聲信號(hào)也變得非平穩(wěn)。對(duì)于平穩(wěn)信號(hào)進(jìn) 行處理的理想方法是傅里葉分析 ; 而對(duì)于非平穩(wěn)信號(hào)，則采用小波分析。風(fēng)電機(jī) 組采用小波分析進(jìn)行故障診斷的過(guò)程可分為故障信息采集、 故障特征提取和狀態(tài) 識(shí)別及故障診斷 3 個(gè)步驟。故障分析診斷的關(guān)鍵是從動(dòng)態(tài)信號(hào)中提取故障特征。 對(duì)于基于噪聲檢測(cè)的故障診斷技術(shù)， 提取故障特征尤為突出。 由于風(fēng)電機(jī)組工作 環(huán)境的特殊性， 風(fēng)電現(xiàn)場(chǎng)的噪聲不僅來(lái)源于周圍環(huán)境噪聲， 還包含機(jī)組正常運(yùn)行 時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械噪聲。 當(dāng)機(jī)組存在

6、故障隱患或發(fā)生故障時(shí)， 還會(huì)混入故障噪聲。 因 此，如何從復(fù)雜的強(qiáng)噪聲環(huán)境中提取有效的故障信息， 是進(jìn)行故障分析診斷的關(guān) 鍵。小波分析兼具時(shí)域和頻域分析能力， 并且具有可變的時(shí)頻分辨率， 能夠有效 地進(jìn)行故障信號(hào)的提取和分析。 風(fēng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)除卻葉尖告訴運(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)的氣動(dòng) 噪聲還會(huì)帶來(lái)由于傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)速度過(guò)高而產(chǎn)生的機(jī)艙機(jī)械類噪聲。 機(jī)艙機(jī)械類噪聲 屬于持續(xù)性的低頻類型噪音，長(zhǎng)期生活在這種低頻噪音下的居民，會(huì)產(chǎn)生失眠、 健忘、耳鳴等不利于身心健康的問題， 當(dāng)與強(qiáng)風(fēng)相遇時(shí)， 其所發(fā)出的噪音讓人無(wú) 法忍受。3 偏航噪聲分析與解決方法根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況， 在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙偏航時(shí)， 機(jī)艙和塔筒連接部位法蘭

7、處安裝有剎車閥組。 當(dāng)機(jī)艙對(duì)風(fēng)調(diào)節(jié)時(shí)， 即偏航狀態(tài)下， 剎車閥組夾住剎車盤會(huì) 發(fā)出聲響， 由于塔筒形狀上端部位相對(duì)下端部位細(xì)一些， 及呈現(xiàn)喇叭形狀， 使聲 響加大。 因此由剎車盤處產(chǎn)生的聲響從塔筒上部傳到塔底， 相當(dāng)聲響擴(kuò)大， 到塔 底則會(huì)發(fā)出比較大的聲音。 當(dāng)牧民放牧?xí)r， 牛羊遇到此噪音易發(fā)生身體方面不適 癥狀，影響生態(tài)平衡。 偏航產(chǎn)生的噪聲來(lái)源于偏航裝置部位的剎車盤， 當(dāng)剎車閥 組剎住剎車盤時(shí)產(chǎn)生聲響，因此減弱此處聲音尤為關(guān)鍵。由于風(fēng)機(jī)偏航現(xiàn)在有 4 組電機(jī)控制偏航或 3 組電機(jī)控制偏航，經(jīng)過(guò)計(jì)算 3組電機(jī)控制偏航可以穩(wěn)定運(yùn)行。 其中一組電機(jī)通過(guò)給予反向轉(zhuǎn)動(dòng)力矩控制偏航剎車。 原來(lái)偏航通過(guò)

8、液壓站控制壓 力給剎車盤剎車偏航。 現(xiàn)試驗(yàn)為一液壓阻尼， 即采用一組電機(jī)控制反向力矩進(jìn)行 剎車偏航，使偏航穩(wěn)定運(yùn)行。試驗(yàn)所需工具：鉗型萬(wàn)用表，二極管（用于測(cè)試電 流流向），液壓油，鉗子等。試驗(yàn)注意事項(xiàng)：因?yàn)樵囼?yàn)主要目的是測(cè)得在增加阻 尼器及一反向電機(jī)前提下加上壓力的情況下測(cè)試， 如果電機(jī)耐受程度允許即保持 一個(gè)相對(duì)穩(wěn)態(tài)的值即可使偏航穩(wěn)定運(yùn)行， 降低噪聲。 此實(shí)驗(yàn)首先需要在組裝廠試 驗(yàn)完畢，經(jīng)過(guò)加壓試驗(yàn)，觀察電機(jī)電流使不超過(guò)額定值情況下在實(shí)際去風(fēng)場(chǎng)測(cè)量， 更好的保持穩(wěn)定性，避免后期工作帶來(lái)其他不利影響。 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)需要注意電壓、 電流是否和組裝廠測(cè)試時(shí)一致， 不一致需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

9、 試驗(yàn)過(guò) 程：檢查各部件安裝、接線是否正常，二極管尤其注意不要接錯(cuò)。一切準(zhǔn)備就緒 后開始調(diào)試。 因偏航分手動(dòng)和自動(dòng)偏航， 所以需要在這兩種情況下分別測(cè)試。 用 鉗形萬(wàn)用表掐電機(jī)其中一項(xiàng)， 分別觀察手動(dòng)和自動(dòng)偏航時(shí)鉗型萬(wàn)用表的電流值并 記錄下調(diào)試結(jié)果， 不要超過(guò)偏航電機(jī)最大電流。 通過(guò)檢測(cè)電流值觀察液壓偏航阻 尼效果。此方法需要根據(jù)各風(fēng)機(jī)機(jī)型進(jìn)行， 逐漸增加壓力并檢測(cè)電流值， 使電流 值不過(guò)載， 達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)態(tài)的值。 另外，葉片的壓力主要集中在正對(duì)來(lái)流風(fēng)速 的葉片前緣。 在葉片葉尖前緣處壓力大且振動(dòng)位移較大， 因此振動(dòng)曲線監(jiān)控采集 點(diǎn)選取葉片前緣頂部。 當(dāng)來(lái)流風(fēng)速越大時(shí)， 由來(lái)流風(fēng)所產(chǎn)生的氣動(dòng)

10、力對(duì)葉片的作 用力越大，葉片的振幅呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。4 葉尖噪聲的分析及解決方法風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的菜單機(jī)組在運(yùn)行中， 由于其風(fēng)輪的高速轉(zhuǎn)動(dòng)， 以及葉尖等在高 速運(yùn)轉(zhuǎn)中會(huì)形成聲音較大的氣動(dòng)型噪聲。 風(fēng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)， 除卻葉尖高速運(yùn)轉(zhuǎn) 帶來(lái)的氣動(dòng)噪聲， 還會(huì)帶來(lái)由于傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)速度過(guò)高而產(chǎn)生的機(jī)艙機(jī)械類噪聲。 風(fēng) 機(jī)的許多功能是靠葉尖的變換來(lái)完成的。 葉尖是整體葉片的易損部位， 風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 時(shí)，葉尖的抽磨力大于其它部位，整體葉片中，它又是最薄弱的部位。葉尖是由 雙片合壓組成， 葉尖的最邊緣是由膠衣樹脂粘合為一體， 葉尖的最邊緣近 4厘米 的材質(zhì)是實(shí)心。 目的是增加葉尖的耐磨度和兩片之間的親和力。 由于葉尖內(nèi)空

11、腔 面積較小， 風(fēng)沙吹打時(shí)沒有彈性， 所以也是葉片中磨損最快的部位。 通過(guò)施工標(biāo) 記試驗(yàn)證明， 葉尖每年都有 0.5 厘米左右的縮短磨損。 葉片的易開裂周期是風(fēng)機(jī) 運(yùn)轉(zhuǎn)四至五年后， 原因就是葉片邊緣的固體材料磨損嚴(yán)重， 雙片組合的葉尖保護(hù) 能力、固合能力下降， 使雙片粘合處縫隙暴露于風(fēng)沙中。 解決風(fēng)機(jī)葉片開裂的問 題，就是風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)幾年后做一次葉尖的加長(zhǎng)、 加厚保護(hù)。 與原有葉片所磨損的重 量基本吻合， 不會(huì)對(duì)葉片的配重比產(chǎn)生任何影響， 修復(fù)后的葉尖至少三年后磨回 原有葉面，對(duì)阻止葉尖開裂現(xiàn)象的發(fā)生起到?jīng)Q定性作用。5 結(jié)束語(yǔ)綜上所述，依照 IEC 噪聲標(biāo)準(zhǔn)，采用多測(cè)點(diǎn)布置測(cè)量的方法對(duì)噪聲進(jìn)行檢測(cè)， 利用小波分