Dalam konteks pesatnya perkembangan industri tenaga angin modern, khususnya turbin angin darat dan lepas pantai berkekuatan tinggi, getaran telah menjadi salah satu faktor inti yang memengaruhi keselamatan, masa pakai, pembangkit listrik, serta biaya pengoperasian dan pemeliharaan turbin angin. Karena ketinggian hub turbin angin terus meningkat, panjang sudu terus memanjang, dan kapasitas-unit tunggal terus bertambah, masalah seperti getaran angin, resonansi menara, goyangan sudu, getaran rantai transmisi, dan getaran pondasi yang dihadapi turbin angin selama pengoperasian menjadi semakin menonjol.
Lantas, mengapa peredam getaran diperlukan untuk pengoperasian tenaga angin? Angin turbulen, hembusan angin, angin geser, dan efek bayangan menara menyebabkan bilah mengalami gaya dorong yang bervariasi secara berkala, menyebabkan kepakan dan osilasi bilah, yang disalurkan ke hub, poros utama, kotak roda gigi, dan menara, yang mengakibatkan getaran terus menerus. Dampak ketidakseimbangan massa impeler, ketidaksejajaran poros utama, keausan bantalan, dan penyatuan roda gigi girboks semuanya menghasilkan getaran berfrekuensi tinggi, yang merupakan penyebab utama kegagalan rantai transmisi. Menara ini berstruktur ramping dan fleksibel dengan frekuensi alami orde pertama-yang rendah, sehingga rentan terhadap resonansi dengan frekuensi putaran impeler dan frekuensi lintasan sudu. Begitu resonansi terjadi, amplitudo getaran diperkuat secara drastis, sehingga mengancam keselamatan struktural.
Bahaya apa yang ditimbulkan oleh getaran pada turbin angin? Di bawah getaran terus menerus, umur kelelahan gearbox, bantalan, poros utama, dan sistem yaw diperpendek secara signifikan, dan tingkat kegagalan meningkat secara signifikan. Getaran dapat menyebabkan baut flensa menara dan baut rangka utama kendor, dan dalam kasus yang parah, retakan lelah dapat muncul pada lasan. Melebihi batas getaran akan memicu pengurangan beban, pembatasan kecepatan, dan perlindungan pemadaman sistem kontrol utama, yang secara langsung mengurangi waktu dan output pembangkitan listrik. Kegagalan yang terkait-getaran menyebabkan lebih dari 50% kegagalan turbin angin, dan biaya pemeliharaan-ketinggian serta pengoperasian dan pemeliharaan lepas pantai sangat tinggi. Resonansi-jangka panjang atau getaran ekstrem dapat menyebabkan retaknya bilah, deformasi menara, kerusakan fondasi, dan bahkan kecelakaan keselamatan yang serius.
Artikel ini memperkenalkan penerapan peredam getaran pada bilah turbin angin. Bilah adalah komponen yang bergetar paling keras, terutama menunjukkan kepakan, osilasi, flutter, dan lapisan es-yang disebabkan oleh getaran tidak seimbang. Peredam massa yang disetel secara internal, dipasang pada 20%–40% panjang sudu, memanfaatkan blok massa, pegas, dan struktur peredam untuk menyesuaikan dengan frekuensi getaran sudu, sehingga secara efektif menekan osilasi- dan-orde kedua dan getaran kepakan, mengurangi momen tekuk lelah pada akar sudu, dan memperpanjang umur sudu.
Penggunaan peredam getaran mengurangi amplitudo getaran bilah sebesar 30%–60%, mengurangi kerusakan akibat kelelahan bilah hingga lebih dari 40%, mengurangi risiko retak dan lepasnya ikatan bilah, dan memitigasi dampak tidak seimbang dari getaran lapisan es.
Industri tenaga angin umumnya menggunakan peredam getaran dengan berbagai jenis dan prinsip kerja. Jenis yang paling banyak digunakan adalah peredam massa yang disetel, yang terdiri dari blok massa, pegas, dan peredam. Frekuensinya disesuaikan dengan frekuensi getaran utama turbin angin. Saat getaran terjadi, balok massa bergerak ke arah berlawanan sehingga mengonsumsi energi. Ini memiliki struktur yang andal, efek stabil, dan penerapan yang luas.
Turbin angin lepas pantai beroperasi di lingkungan yang beberapa kali lebih keras dibandingkan turbin darat. Oleh karena itu, peredam getaran harus memenuhi persyaratan ketahanan korosi yang tinggi, termasuk galvanisasi hot-dip, baja tahan karat 316L, pelapisan Dacromet, pengujian semprotan garam selama lebih dari 1000 jam, dan pengoperasian yang stabil pada suhu yang berkisar antara -40 derajat hingga 80 derajat . Biaya pemeliharaan lepas pantai sangat tinggi sehingga memerlukan desain yang tahan lama. Peredam hidrolik juga harus dirancang untuk mencegah kebocoran minyak yang dapat mencemari laut.
Apa manfaat praktis yang dapat diperoleh ladang angin dari penggunaan Peredam Getaran?
Peningkatan pembangkitan listrik, pengurangan getaran-memicu keterbatasan daya dan waktu henti, pengoperasian yang stabil di zona angin yang bergejolak, dan peningkatan pembangkitan listrik secara keseluruhan sebesar 2%–8%; masa pakai komponen inti yang lebih lama, masa pakai blade meningkat sebesar 20%–40%, masa pakai gearbox meningkat sebesar 30%–50%, dan kerusakan akibat kelelahan menara berkurang sebesar 30%–60%; mengurangi biaya pengoperasian dan pemeliharaan secara signifikan, lebih sedikit-operasi pemeliharaan di ketinggian, lebih sedikit penggantian girboks dan bantalan, menghemat ribuan hingga puluhan ribu dolar AS per turbin angin lepas pantai per tahun; meningkatkan keselamatan turbin secara keseluruhan, menghindari resonansi, meningkatkan kemampuan bertahan di bawah angin topan, gempa bumi, dan gelombang, serta mengurangi risiko kendornya baut dan retaknya struktur; pengurangan kebisingan, dengan penurunan kebisingan aerodinamis dan struktural, memenuhi persyaratan perlindungan lingkungan dan memfasilitasi persetujuan proyek.
