风力发电机组噪声及控制技术简述许方

风力发电机组噪声及控制技术简述许方

许方

（新疆金风科技股份有限公司新疆乌鲁木齐830026）

摘要：风能开发能减轻空气污染和水污染，但如果处理不当，则会增加噪声污染。近几年，随着风电机组国产化程度的不断扩大，我国制造业与欧美发达国家还存在一定的差距，国产化风电机组振动噪声问题逐渐显现出来。风电场附近居民对风电机组产生大噪声烦扰的投诉、申告也越来越多，甚至威胁到风电机组的正常国产化。因此，风电机组的减振降噪控制是非常重要的。

关键词：风力；发电机组；噪声；控制技术

1风力发电机组噪声

1.1机械噪声

风力发电机的机械噪声包括自然风作用在尾翼、塔架和拉索上引起振动而产生的噪声。一般来说风力发电机的叶轮要经过严格的平衡(静平衡和动平衡)实验才能投入使用。但在运转一段时间后，叶轮磨损不均匀或零件变形将引起噪声；安装不良及各部件联接松动将引起噪声；叶轮高速旋转产生振动，导致机体某一部分共振也会引起噪声。一般来说，对于正常运转的风力发电机，机械噪声与空气动力学噪声相比,占次要地位。

1.2调速、对风机构噪声

在风力发电机组中，调速、对风机构属于低速转动机件，它包括塔架顶端的调向转轴和尾翼根部的调速转轴。正常运行时，没有噪声，在特定的条件下，会出现无规则的噪声。产生这种无规则噪声的条件是:转轴内缺乏润滑油；气候环境干燥；由静止到开始转动的速度必须很缓慢。同时具备这三个条件就可能产生这种噪声。这种噪声来源于尾翼根部，它可以毫无阻挡地通过尾翼杆传到尾翼面上，尾翼面大多数是一块面积相当大的金属板，容易引起共振而发出噪声。这种噪声对机组无影响，及时上润滑油即可消除。

1.3偏航产生的噪声

根据现场实际情况，在风力发电机组机舱偏航时，机舱和塔筒连接部位法兰处安装有刹车阀组。当机舱对风调节时，即偏航状态下，刹车阀组夹住刹车盘会发出声响，由于塔筒形状上端部位相对下端部位细一些，及呈现喇叭形状，使声响加大。因此由刹车盘处产生的声响从塔筒上部传到塔底，相当声响扩大，到塔底则会发出比较大的声音。当牧民放牧时，牛羊遇到此噪音易发生身体方面不适症状，影响生态平衡。

1.4冷却风扇和排风噪声

机组风扇噪声是由涡流噪声和旋转噪声组成的，旋转噪声由风扇的叶片切割空气流产生周期性扰动而引起；涡流噪声是气流在旋转的叶片截面上分离时产生的，由于气体的粘性引起的旋涡流，辐射一种非稳定的的流动噪声。排风噪声、气流噪声、风扇噪声、机械噪声均是通过排风的通道辐射出去的。

2针对机械结构的降噪措施

2.1提高转子动平衡的精度

在发电机的转子结构中有转轴、风扇、绕组和集电环等结构。转子在高速旋转时，由于制造原因产生的转子上零部件的不对称因素,会引起转子不平衡量的变化。比如硅钢片材料不均匀引起转子铁芯的偏心、焊接质量问题引起的风扇不平衡、转子接线焊接时焊料不均匀和转子浸漆的工艺方法不对引起漆的浸入不均匀等都可以引起转子不平衡导致振动，从而产生噪声，振动严重时可能出现断轴等重大事故。所以对以上可能产生转子不平衡因素的工艺流程严加管理。对风扇的出厂前要求做静平衡试验，并有相关报告；转子铁芯叠压采用定量转角的方式，即冲片叠压完成一定厚度后旋转一定的角度叠压；转子接线的位置尽量在圆周角度均布，焊接时选用熟练的焊工进行操作；浸漆后的烘焙采用立烘或是旋转式卧烘。保证以上工艺正确完成后，整个转子做动平衡试验时，严格按照操作手册及标准进行试验，平时严格按照规定对动平衡机进行使用、维护和保养。

2.2提高零部件的加工精度与要求

定、转子叠压采用定重量、定长度、定压力的方法来保证铁芯叠压的质量。转轴轴承挡、端盖轴承室的加工精度和表面粗糙度也影响定、转子之间的同轴度，只是间隙不均匀，产生单边磁拉力，电磁振动增加，噪声势必也会增加。因此对转轴轴承挡、端盖轴承室的精加工工序设立质量控制点，实施重点控制。

2.3轴承等其他结构的装配

在机械振动方面，轴承的影响是不可忽视的因素。轴承本身的问题主要有轴承内外圈的粗糙度、圆度，弹簧槽的波纹度、滚珠的圆度、粗糙度、硬度，轴承的游隙，保持架的材料，润滑脂和清洁剂的选择，轴承的清洗、加热、装配等都会对轴承产生影响。因此，轴承进厂必须进行检验，并留下检验记录，装配前应清洗并涂上干净的润滑脂。转轴轴承挡和端盖轴承室与轴承内外圈的配合公差和粗糙度对发电机的振动有很大影响。轴承挡和轴承室与轴承的配合质量影响轴承的工作游隙，影响轴承在装配后的变形，从而影响轴承的振动。严格控制轴承挡和轴承室精加工的质量，对于降低电机振动和噪声是有效的。作为常规的双馈式风电机组，空气冷却器是发电机的一种重要部件。

2.4减少偏航噪声方法

偏航产生的噪声来源于偏航装置部位的刹车盘，当刹车阀组刹住刹车盘时产生声响，因此减弱此处声音尤为关键。由于风机偏航现在有4组电机控制偏航或3组电机控制偏航，经过计算3组电机控制偏航可以稳定运行。其中一组电机通过给予反向转动力矩控制偏航刹车。原来偏航通过液压站控制压力给刹车盘刹车偏航。现试验为一液压阻尼，即采用一组电机控制反向力矩进行刹车偏航，使偏航稳定运行。

3针对通风系统的降噪措施

3.1转子冷却风扇及相关部件的设计措施

在发电机内部主要起内部空气循环线路的作用，一般有单循环（一个风扇）和双循环（两个风扇）。为了使内部空气顺畅的流动而且不产生涡流现象，需要将发电机壳内部设计成流线型的风路，或是在内部设计相应的导流板设计，这样子可以有效的降低空气阻尼，可以有效地降低由于不合理的风路设计而造成的内部的通风噪声。而且还可能会使机壳产生相应的振动，避免更严重的振动或噪声产生。

3.2空冷器冷却风扇的设计或工艺措施

从冷却风电机组的噪声分析，空冷器的振动问题造成的振动产生噪音，严重时可能会出现冷却电机的振动损坏或是叶片断裂的情况。在风电机组整机的安装中，为了降低发电机的振动对机架振动的影响，或是避免相应的振动，发电机与机架的安装采用弹性阻尼的安装方式，可以有效的降低振动或是吸收相互振动的影响。在发电机中，冷却器与机座的安装之间也使用发泡海绵或是其他吸振降振措施，而在冷却风电机组与冷却器本体的安装中是直接刚性连接，如果共振就会产生严重的噪音，而且振动会使电机轴承、地脚或是风扇叶片断裂等严重事故。所以在冷却器与风力发电机座安装方面可以参考发电机与机架的安装或是参考冷却器与机座的安装方式，使用吸振或是降振的措施，保证振动的降低，同时来降低噪声。

总而言之，发电机的噪声水平是衡量发电机性能的重要指标之一，也是影响发电机在市场上的竞争力的重要因素。因此，通过在发电机的设计及制造过程中，采用合理的工艺措施、运用正确的操作方法及合理的使用材料可以有效地使发电机的噪音降低到合理的范围内。

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