流線型物體在穩(wěn)定的流體中,都會在物體兩側(cè)周期性交替地產(chǎn)生脫離結(jié)構(gòu)表面的旋渦,這種現(xiàn)象被稱為“卡門渦街”?？ㄩT渦街是一種復(fù)雜的流體動力學(xué)現(xiàn)象,通常發(fā)生在流體繞過圓柱體或其他非對稱物體時。隨著流體繞過物體,旋渦在物體的兩側(cè)交替產(chǎn)生并脫落,形成一個規(guī)律性的渦旋排列。

當(dāng)風(fēng)吹過高塔、煙囪、電線等結(jié)構(gòu)時,卡門渦街現(xiàn)象會明顯出現(xiàn)。特別是當(dāng)漩渦脫落的頻率與這些物體的固有頻率接近或一致時,會引發(fā)物體的共振,這種共振現(xiàn)象被稱為“渦激振動”。渦激振動可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物劇烈振動,甚至在極端情況下引發(fā)結(jié)構(gòu)破壞。

一個著名的案例是美國的塔科馬海峽大橋,這座橋在上世紀(jì)四十年代因為卡門渦街引發(fā)的共振現(xiàn)象而最終坍塌,而造成橋梁倒塌的風(fēng)速僅為8級(17.2~20.7 m/s)。塔科馬海峽大橋的倒塌促使工程師們在設(shè)計和建造大型結(jié)構(gòu)時更加重視流體動力學(xué)的影響。

現(xiàn)代工程中,通過優(yōu)化設(shè)計、使用擾流裝置和采用先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù),可以有效減少卡門渦街和渦激振動的危害,確保結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定。對于風(fēng)電機(jī)組的塔架而言,渦激振動就如下圖所示:

一階渦激振動

(垂直風(fēng)向左右搖擺,基本是頂部擺幅大)

二階渦激振動

(垂直風(fēng)向左右搖擺,頂部幾乎不動,中部擺動)

風(fēng)況的不斷變化、復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境、高速旋轉(zhuǎn)部件的磨損和疲勞等等,都是風(fēng)電機(jī)需要面對的挑戰(zhàn)。Qualisys三維運(yùn)動捕捉系統(tǒng)系統(tǒng)的3D可視化和精確性,能夠幫助優(yōu)化風(fēng)電機(jī),為塔架的設(shè)計、監(jiān)測和維護(hù)提供了全面支持。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架作為整個風(fēng)電系統(tǒng)的關(guān)鍵支撐結(jié)構(gòu),其穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重要。塔架需要承受風(fēng)力、振動和設(shè)備重量等多種應(yīng)力,因此對其進(jìn)行精確的監(jiān)測和分析尤為重要。

Qualisys系統(tǒng)特征

十分契合內(nèi)陸和近海渦輪機(jī)

簡單、高性價比的解決方案

確定風(fēng)險因素并立即做出決定

3D可視化及實時數(shù)據(jù)

串聯(lián)連接易于安裝

100米+范圍可達(dá)毫米級精確度

惡劣環(huán)境中運(yùn)行良好

風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架在運(yùn)行過程中會受到不斷變化的風(fēng)力和機(jī)械負(fù)荷,這些因素可能導(dǎo)致塔架產(chǎn)生振動和變形。Qualisys運(yùn)動捕捉系統(tǒng)通過在塔架上安裝標(biāo)記點,并利用高精度攝像機(jī)捕捉這些標(biāo)記點的運(yùn)動,能夠?qū)崟r監(jiān)測塔架的振動和變形情況。這些數(shù)據(jù)幫助工程師了解塔架在不同負(fù)荷條件下的動態(tài)行為,識別潛在的結(jié)構(gòu)問題,確保塔架的穩(wěn)定性和安全性。

通過分析Qualisys系統(tǒng)捕捉的數(shù)據(jù),工程師可以更好地理解塔架在各種環(huán)境條件下的應(yīng)力和變形情況。這些信息對于優(yōu)化塔架設(shè)計至關(guān)重要,利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有限元分析和其他模擬,優(yōu)化塔架的結(jié)構(gòu)設(shè)計,使其能夠更有效地抵抗風(fēng)力和其他負(fù)荷,延長塔架的使用壽命。

對風(fēng)電機(jī)而言,在風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行過程中,還有多種變量可能導(dǎo)致軸承故障。這些變量包括風(fēng)壓、振動和其他外部因素,它們都可能引起變速箱的異常運(yùn)動,最終導(dǎo)致設(shè)備損壞或失去動力。這種復(fù)雜的機(jī)械環(huán)境需要有效的監(jiān)測系統(tǒng),以確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和及時維護(hù)。

為了解決這一問題,Qualisys三維運(yùn)動捕捉系統(tǒng)被應(yīng)用于風(fēng)力渦輪機(jī)的實際部署中。Qualisys具有經(jīng)濟(jì)高效、安裝方便的特點,可以對變速箱性能進(jìn)行實時的三維監(jiān)測。這種監(jiān)測方式幫助作業(yè)者迅速確定潛在的風(fēng)險因素,并立即做出相應(yīng)的決策,以避免嚴(yán)重故障的發(fā)生。

具體而言,Qualisys運(yùn)動捕捉系統(tǒng)的工作原理是,將攝像機(jī)對準(zhǔn)變速箱上的一組標(biāo)記點。通過這些攝像機(jī),可以捕捉到變速箱在各個方向上的實時運(yùn)動數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后,提供了變速箱在運(yùn)行過程中的詳細(xì)運(yùn)動情況。

Qualisys系統(tǒng)捕捉到的畫面不僅能幫助優(yōu)化風(fēng)力渦輪機(jī)的整體性能,還能顯著減少運(yùn)行中的停機(jī)時間。通過實時監(jiān)測和快速反應(yīng),作業(yè)者可以及時發(fā)現(xiàn)并解決問題,確保風(fēng)力渦輪機(jī)的持續(xù)高效運(yùn)行。

風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的超大尺寸在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生巨大的壓力。這些葉片不僅暴露在惡劣的外部環(huán)境中,還需要支撐自身的重量,這些因素都會導(dǎo)致葉片在各個方向上出現(xiàn)明顯的移動和彎曲。這種復(fù)雜的應(yīng)力和變形情況對葉片的結(jié)構(gòu)完整性和使用壽命提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

為了確保葉片在這種苛刻條件下的安全運(yùn)行,需要進(jìn)行嚴(yán)格的測試,以確定葉片的彈性及其在不同壓力下的表現(xiàn)。這些測試旨在評估葉片在風(fēng)力和自重作用下能夠安全吸收多大壓力,以及在這些壓力下的變形情況。

Qualisys運(yùn)動捕捉系統(tǒng)在這一測試過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。該系統(tǒng)能夠精確地追蹤葉片在所有方向上的偏轉(zhuǎn)。通過在葉片上布置一系列標(biāo)記點,并利用高精度攝像機(jī)捕捉這些標(biāo)記點的運(yùn)動,從而實時監(jiān)測葉片的動態(tài)行為。通過捕捉和分析這些數(shù)據(jù),工程師可以全面了解葉片在各種負(fù)荷條件下的變形情況。

這種詳細(xì)的運(yùn)動分析不僅有助于驗證葉片設(shè)計的可靠性,還能為進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計提供寶貴的數(shù)據(jù)支持。通過使用Qualisys系統(tǒng),工程師可以快速識別潛在的結(jié)構(gòu)弱點,并進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn),確保葉片在長時間運(yùn)行中的安全性和穩(wěn)定性。

Qualisys運(yùn)動捕捉系統(tǒng)在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片測試中的應(yīng)用,不僅提升了測試的精確性和效率,還為風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的可靠性提供了有力保障。這一先進(jìn)的技術(shù)手段,使得風(fēng)力渦輪機(jī)葉片能夠在極端環(huán)境中保持最佳性能,從而推動可再生能源的發(fā)展和應(yīng)用。

在海上光伏平臺上,Qualisys系統(tǒng)同樣展現(xiàn)了其強(qiáng)大的應(yīng)用能力。海上光伏平臺需要面對海浪、潮汐和風(fēng)力等多重因素的影響,其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和性能是確保平臺高效運(yùn)行的關(guān)鍵。通過使用Qualisys系統(tǒng),工程師能夠?qū)崟r監(jiān)測平臺的動態(tài)行為,捕捉其在各種環(huán)境條件下的運(yùn)動情況。這些數(shù)據(jù)對于評估平臺的穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重要,并為優(yōu)化設(shè)計和維護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)。

Qualisys運(yùn)動捕捉系統(tǒng)在風(fēng)力機(jī)和海上光伏平臺的測試工況中,發(fā)揮了不可替代的作用。它不僅提供了精確的實時數(shù)據(jù),幫助工程師進(jìn)行詳細(xì)的分析和優(yōu)化,還通過其經(jīng)濟(jì)高效和安裝方便的特點,為可再生能源設(shè)備的可靠性和運(yùn)行效率提供了有力保障。這一先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用,推動了風(fēng)力和太陽能發(fā)電領(lǐng)域的發(fā)展,促進(jìn)了可再生能源的廣泛應(yīng)用和技術(shù)進(jìn)步。

除此之外,Qualisys運(yùn)動捕捉系統(tǒng)還可應(yīng)用于船舶、潛航器等領(lǐng)域。