ГОСТ Р ИСО 10816-21-2021. Национальный стандарт Российской Федерации. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. Часть 21. Ветрогенераторы горизонтально-осевые с коробкой передач

Введение

 

Рекомендации базовых стандартов в отношении оценки вибрационного состояния машин широкого класса не могут быть непосредственно применены к ветрогенераторам ввиду специфических особенностей их конструкции и условий работы. Вибрация мачты и гондолы ветроэнергетической установки под действием ветра, изменение потока воздуха мачтой установки, собственные колебания лопаток турбины и конструкции установки (мачты с фундаментом) - все это отличается от обычно рассматриваемой вибрации машины.

Общий подход к оценке вибрационного состояния машин, который может быть применен к отдельным узлам ветрогенератора (подшипникам ротора, коробке передач, электрогенератору), установлен ИСО 10816-1. В отношении промышленных агрегатов разного вида данная методология была развита ИСО 10816-3. Однако ветрогенераторы не входят в область применения последнего стандарта.

Критерии оценки вибрации, используемые в стандартах серии ИСО 10816, в принципе могут быть применены и к узлам ветрогенератора. Однако это относится только к оценке вибрации, произведенной самой машиной и непосредственно воздействующей на ее элементы. Эти критерии применимы также к оценке вибрации, распространяемой вовне ветрогенератора, но их нельзя использовать для оценки вибрации, передаваемой на ветрогенератор от внешних источников. К такой вибрации относится вибрация от мачты и гондолы ветроэнергетической установки, возбуждаемых ветром, а в случае морской установки - также волнением моря. Ввиду того, что лопасти турбины и сама мачта обладают значительной гибкостью, а турбина установки вращается с малой скоростью, при оценке вибрации необходимо учитывать составляющие в низкочастотной области.

Требование измерять и оценивать низкочастотную вибрацию узлов, возбуждаемую периодическими и случайными процессами, требует модифицировать рекомендации ИСО 10816-3. Ситуацию еще более усложняет воздействие ветра и волн, которые обусловливают появление значительных колебаний конструкции ветрогенератора также в низкочастотной области.

Сильная вибрация ветрогенератора вызывает значительные механические напряжения в его элементах и влияет таким образом на его эксплуатационную надежность и срок службы. Этим вызван интерес к разработке единого подхода к оценке вибрационного состояния ветрогенератора и его узлов со стороны заинтересованных лиц, в число которых входят изготовитель установки, ее владелец, обслуживающая организация и т.п. Настоящий стандарт посвящен решению этой задачи.

Настоящий стандарт устанавливает общие требования к измерениям вибрации, обеспечивающим возможность оценки вибрационного состояния ветрогенератора и сопоставления с вибрацией аналогичных установок.

Превышение установленных стандартом границ зон вибрационного состояния дает основание для принятия соответствующих мер в отношении узлов ветрогенератора и самого ветрогенератора в целом, однако стандарт при этом не дает рекомендаций по выявлению причин повышенной вибрации. Если вибрация остается в пределах заданной зоны, то в целом работа установки рассматривается как нормальная, однако это не исключает возможность наличия повреждений отдельных элементов. Установленные границы зон вибрационного состояния не предназначены для использования в целях приемки, правила которой подлежат отдельному согласованию между изготовителем и пользователем.

В настоящем стандарте рассматриваются ветрогенераторы с горизонтально установленной турбиной, лопасти которой неподвижно закреплены на ступице ротора или могут поворачиваться вокруг своей оси. Ступица соединена с трансмиссией ветрогенератора. Механическая энергия вращения турбины преобразуется в электрическую энергию электрогенератором с приводом либо непосредственно от турбины, либо через коробку передач. Как правило, трансмиссия генератора размещена в гондоле ветроэнергетической установки. Подшипники гондолы позволяют ей вращаться вокруг мачты, установленной на собственном фундаменте.

Лопасти ротора, а следовательно, и сам ротор подвергаются воздействию не только асимметричного входного потока воздуха, но также случайным флуктуациям ветра. Асимметрия входного потока является следствием завихрений и порывов ветра, эксцентричного входа потока в турбину, а также разности скоростей воздушного потока по поверхности ротора. Помимо аэродинамических нагрузок на поведение ветрогенератора влияют силы инерции и нагрузки, определяемые разными условиями его работы. Внешние условия и режим работы ветрогенератора, характеризуемый выходной мощностью и скоростью вращения турбины, в совокупности с особенностями конструкции ветрогенератора и его узлов определяют переменные нагрузки на турбину, трансмиссию, мачту и фундамент, что в результате выливается в вибрацию отдельных узлов ветрогенератора.

Конструкция трансмиссии ветрогенератора также изменяется от установки к установке. Она может возбуждать вибрацию, которая зависит или не зависит от скорости вращения турбины. От особенностей конструкции, а также от особенностей установки ветрогенератора зависит не только вибрация отдельных узлов (электрогенератора, коробки передач, муфты сцепления), но также их влияние друг на друга. Так, повышенная вибрация и удары в зубчатых зацеплениях могут быть следствием несоосности этих узлов. Также уровень вибрации будет зависеть от резонансов трансмиссии. С учетом всех этих обстоятельств понятно, что оценивать вибрацию необходимо для всей установки в целом, т.е. трансмиссии ветрогенератора, включая турбину, гондолы и мачты.

С учетом большого влияния конструкции трансмиссии на вибрационное поведение ветрогенератора различают оценку вибрационного состояния для двух групп горизонтально-осевых ветрогенераторов:

- группа 1: с коробкой передач;

- группа 2: без коробки передач.

В настоящем стандарте рассматриваются ветрогенераторы первой группы.