流線型物體在穩(wěn)定的流體中,都會(huì)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(dòng)力學(xué)現(xiàn)象,通常發(fā)生在流體繞過(guò)圓柱體或其他非對(duì)稱物體時(shí)。隨著流體繞過(guò)物體,旋渦在物體的兩側(cè)交替產(chǎn)生并脫落,形成一個(gè)規(guī)律性的渦旋排列。

當(dāng)風(fēng)吹過(guò)高塔、煙囪、電線等結(jié)構(gòu)時(shí),卡門渦街現(xiàn)象會(huì)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(shí),會(huì)引發(fā)物體的共振,這種共振現(xiàn)象被稱為“渦激振動(dòng)”。渦激振動(dòng)可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物劇烈振動(dòng),甚至在極端情況下引發(fā)結(jié)構(gòu)破壞。

一個(gè)著名的案例是美國(guó)的塔科馬海峽大橋,這座橋在上世紀(jì)四十年代因?yàn)榭ㄩT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(jí)(17.2~20.7 m/s)。塔科馬海峽大橋的倒塌促使工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)和建造大型結(jié)構(gòu)時(shí)更加重視流體動(dòng)力學(xué)的影響。

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

一階渦激振動(dòng)

(垂直風(fēng)向左右搖擺,基本是頂部擺幅大)

二階渦激振動(dòng)

(垂直風(fēng)向左右搖擺,頂部幾乎不動(dòng),中部擺動(dòng))

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(duì)的挑戰(zhàn)。Qualisys三維運(yùn)動(dòng)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(jì)、監(jiān)測(cè)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(gè)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(dòng)和設(shè)備重量等多種應(yīng)力,因此對(duì)其進(jìn)行精確的監(jiān)測(cè)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(jiǎn)單、高性價(jià)比的解決方案

確定風(fēng)險(xiǎn)因素并立即做出決定

3D可視化及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

串聯(lián)連接易于安裝

100米+范圍可達(dá)毫米級(jí)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(guò)程中會(huì)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(dòng)和變形。Qualisys運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)通過(guò)在塔架上安裝標(biāo)記點(diǎn),并利用高精度攝像機(jī)捕捉這些標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)動(dòng),能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)塔架的振動(dòng)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(dòng)態(tài)行為,識(shí)別潛在的結(jié)構(gòu)問(wèn)題,確保塔架的穩(wěn)定性和安全性。

通過(guò)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(duì)于優(yōu)化塔架設(shè)計(jì)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(jì),使其能夠更有效地抵抗風(fēng)力和其他負(fù)荷,延長(zhǎng)塔架的使用壽命。

對(duì)風(fēng)電機(jī)而言,在風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行過(guò)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(dòng)和其他外部因素,它們都可能引起變速箱的異常運(yùn)動(dòng),最終導(dǎo)致設(shè)備損壞或失去動(dòng)力。這種復(fù)雜的機(jī)械環(huán)境需要有效的監(jiān)測(cè)系統(tǒng),以確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和及時(shí)維護(hù)。

為了解決這一問(wèn)題,Qualisys三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)被應(yīng)用于風(fēng)力渦輪機(jī)的實(shí)際部署中。Qualisys具有經(jīng)濟(jì)高效、安裝方便的特點(diǎn),可以對(duì)變速箱性能進(jìn)行實(shí)時(shí)的三維監(jiān)測(cè)。這種監(jiān)測(cè)方式幫助作業(yè)者迅速確定潛在的風(fēng)險(xiǎn)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(dòng)捕捉系統(tǒng)的工作原理是,將攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)變速箱上的一組標(biāo)記點(diǎn)。通過(guò)這些攝像機(jī),可以捕捉到變速箱在各個(gè)方向上的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后,提供了變速箱在運(yùn)行過(guò)程中的詳細(xì)運(yùn)動(dòng)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(shí)間。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和快速反應(yīng),作業(yè)者可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)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(guò)程中會(huì)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(huì)導(dǎo)致葉片在各個(gè)方向上出現(xiàn)明顯的移動(dòng)和彎曲。這種復(fù)雜的應(yīng)力和變形情況對(duì)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(cè)試,以確定葉片的彈性及其在不同壓力下的表現(xiàn)。這些測(cè)試旨在評(píng)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(dòng)捕捉系統(tǒng)在這一測(cè)試過(guò)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(guò)在葉片上布置一系列標(biāo)記點(diǎn),并利用高精度攝像機(jī)捕捉這些標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)動(dòng),從而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)葉片的動(dòng)態(tài)行為。通過(guò)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(dòng)分析不僅有助于驗(yàn)證葉片設(shè)計(jì)的可靠性,還能為進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供寶貴的數(shù)據(jù)支持。通過(guò)使用Qualisys系統(tǒng),工程師可以快速識(shí)別潛在的結(jié)構(gòu)弱點(diǎn),并進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn),確保葉片在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中的安全性和穩(wěn)定性。

Qualisys運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片測(cè)試中的應(yīng)用,不僅提升了測(cè)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(dòng)可再生能源的發(fā)展和應(yīng)用。

在海上光伏平臺(tái)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(tái)需要面對(duì)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(tái)高效運(yùn)行的關(guān)鍵。通過(guò)使用Qualisys系統(tǒng),工程師能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的動(dòng)態(tài)行為,捕捉其在各種環(huán)境條件下的運(yùn)動(dòng)情況。這些數(shù)據(jù)對(duì)于評(píng)估平臺(tái)的穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重要,并為優(yōu)化設(shè)計(jì)和維護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)。

Qualisys運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)在風(fēng)力機(jī)和海上光伏平臺(tái)的測(cè)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(shí)時(shí)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(guò)其經(jīng)濟(jì)高效和安裝方便的特點(diǎn),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(dòng)了風(fēng)力和太陽(yáng)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(dòng)捕捉系統(tǒng)還可應(yīng)用于船舶、潛航器等領(lǐng)域。