CN101725482A - 一种风力发电机齿轮箱用阻尼复合型变刚度减振支撑 - Google Patents

一种风力发电机齿轮箱用阻尼复合型变刚度减振支撑 Download PDF

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Abstract

本发明属于风力发电领域，主要涉及一种风力发电机齿轮箱用阻尼复合型变刚度减振支撑，主要由一个上轭(1)、一个下轭(3)、四个中空立柱(2)、上、下弹性体(4)、上、下底座(5)组成；上轭(1)、下轭(3)和四根中空立柱(2)组成减振支撑的组合式主体框架；主体框架上复合有粘弹性阻尼减振层(11)，上、下弹性体(4)分别与上、下底座(5)组合到一起后分别固定到上、下轭(1、3)上；减振支撑连接在主机机架(6)上，齿轮箱转矩臂(9)置于上下弹性体之间。本发明具有自重轻、成本低的特点，减振支撑的刚度可随着载荷的增加呈非线性变化，减振支撑具有阻尼衰减能力，进一步降低系统的振动和噪声向下部基础的传递。

Description

一种风力发电机齿轮箱用阻尼复合型变刚度减振支撑
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，主要涉及一种风力发电机齿轮箱用阻尼复合型变刚度减振支撑，本发明也可用于风力发电机组其它部件或者其它行业类似设备的减振降噪。
背景技术
风力发电机组中的齿轮箱要承受通过低速轴传递的扭转载荷和弯曲载荷，同时齿轮箱运行时内部齿轮的啮合、机构运转的不平衡等均会产生各种各样的振动和噪声，是主要的减振降噪对象。风力发电机齿轮箱的安装方式目前主要有整体式、支座式、轴瓦式和框架式三种。中国专利CN 101333998A、德国专利DE 29924608U1和欧洲专利EP1046832A1公开了一种轴瓦式的齿轮箱减振支撑，其主要缺点是安装拆卸时均需要专用工装或者设备，安装不便。中国专利CN101363419A公开了一种由一个“U”型框和一个横梁组成“回”形框架，框架内安装上下减振弹性元件的框架式齿轮箱减振支撑，大大降低了减振支撑安装拆卸的操作难度，其缺点是向刚度值较大难以保证承担低速轴极限扭矩，从而导致减振效果相对较差、补偿设备安装运转误差的能力较低，尤其不适应于双轴承支撑低速轴的风力发电机组减振支撑。欧洲专利EP1566543A1和美国专利US 2008/0308980A1公开的框架式减振支撑在上述的框架式减振支撑的基础上增加了两条循环液压装置，减振支撑的扭转刚度较高而竖向、水平刚度却较低，减振支撑减振效好、补偿校正安装误差能力高，该减振支撑的主要缺点结构复杂、制作成本高、安装不便，并且减振支撑的关键部件——弹性体基本均为高分子材料，容易被有机液体腐蚀破坏，存在着一定的安全隐患。此外，风力发电机尤其是兆瓦级风力发电机组功率比较大，主轴转速随着风速高低而不断变化，在停机、开机、短路时还会有极限载荷出现，系统的振动呈宽带随机分布，并会激发结构包括齿轮箱减振支撑各相关部件的许多共振峰，加剧结构的载荷水平。其中齿轮箱机组的结构振动和噪声可以通过减振支撑得到有效的隔绝，而减振支撑本身部件被激发产生的振动则会直接传递到机组机架和塔架，上述减振支撑均未采取有效的相关措施。
发明内容
本发明的目的是提供一种风力发电机齿轮箱用阻尼复合型变刚度减振支撑，本发明所涉及的减振支撑具有自重轻、安装拆卸方便、成本低的特点；所提出减振支撑的刚度可随着载荷的增加呈非线性变化，在工作载荷下刚度较低，安装误差补偿和振动隔离能力高，在极限载荷作用下刚度较高，安全性能好；本发明有一定的阻尼衰减能力，能够有效降低相关结构的应力水平，进一步降低系统的振动和噪声向下部基础的传递。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
本发明所涉及的阻尼复合型变刚度减振支撑主要由一个上轭、一个下轭、四个中空立柱、上下弹性体、上下底座和连接部件组成；其中上轭、下轭和四根中空立柱为金属构件，通过连接部件组成减振支撑的组合式主体框架；主体框架上复合有粘弹性阻尼减振层，为减振支撑提供一定的阻尼减振能力；上下弹性体分别与上下底座组合到一起构成非线性刚度弹性部件后分别固定到上、下轭上；整个减振支撑通过相关连接部件连接并固定到风力发电机主机机架上，齿轮箱转矩臂置于上下弹性体之间形成弹性隔离状态。
所述阻尼复合型变刚度减振支撑的上、下轭为平板结构，立柱为中空管状结构；所述四根中空立柱在上下轭的两侧对称分布，上下轭和立柱通过双头螺杆连接固定到一起构成减振支撑的主体框架，并通过所述双头螺杆和螺栓固定到风力发电机主机机架上。
所述粘弹性阻尼层复合在减振支撑主体框架的四根立柱外部；粘弹性阻尼层可以为直接贴覆一层粘弹性材料的自由阻尼结构，也可以为贴覆一层粘弹性材料后再贴覆一层刚性约束层的约束阻尼结构，以抑制风力发电机组导致金属部件产生共振时的共振峰，并使齿轮箱转矩臂的振动在通过减振支撑向主机机架传递的过程中得到一定的消耗。
所述阻尼复合型变刚度减振支撑的底座为套筒式结构，即底座的上部分为中空的套筒，两个底座分别安装固定在上下轭的中间位置；弹性体与底座的底部粘接固定到一起，并与套筒一方面保持一定的间隙；一方面可以准确、牢固地将弹性体安装定位，另一方面在弹性体受力压缩到一定程度时接触到刚性套筒，进一步变形被阻止，刚度急剧增大，形成刚度非线性弹性部件，避免减振支撑发生大振幅运动。
所述阻尼复合型变刚度减振支撑的弹性体为由橡胶类弹性材料与多层加劲钢板复合而成的橡胶弹簧，具有较低的剪切刚度。
所述阻尼复合型变刚度减振支撑的弹性体表面可以带有钉柱、沟槽等结构，其内部也可以带有孔洞等结构，在齿轮箱正常工作时可以提高弹性体变形的自由面积和减少弹性体的受压面积，降低减振支撑的扭转刚度，提高减振支撑的隔振效率，同时在出现极限情况、弹性体承受载荷较大时，则可进一步提高弹性体的扭转刚度，减缓减振支撑的继续变形，降低齿轮箱系统的振动幅度。
本发明所涉及的阻尼复合型变刚度减振支撑第一具有自重轻、成本低的特点，可大大降低齿轮箱的制造成本和安装成本；第二本发明所涉及的减振支撑的刚度可随着载荷的增加呈非线性变化，在工作载荷下安装校正和隔振能力高，在极限载荷作用下安全性能好；第三减振支撑复合有阻尼结构，具有一定的阻尼衰减能力，能够有效降低相关结构的应力水平，进一步降低系统的振动和噪声向下部基础的传递。
附图说明
图1是本发明所涉及阻尼复合型变刚度减振支撑安装后实例结构的正向示意图。
图2是本发明所涉及阻尼复合型变刚度减振支撑安装后实例结构的侧向示意图。
图3是本发明所涉及阻尼复合型变刚度减振支撑中立柱实例结构的示意图。
图4是本发明所涉及阻尼复合型变刚度减振支撑部件中套筒式底座实例结构的示意图。
图5是本发明所涉及阻尼复合型变刚度减振支撑部件中弹性元件与套筒式底座配合示意图。
图6是本发明所涉及阻尼复合型变刚度减振支撑部件中常规结构弹性元件的实例结构的示意图。
图7是本发明所涉及阻尼复合型变刚度减振支撑部件中刚度非线性弹性元件实例结构的示意图。
图中：1、上轭，2、立柱；3、下轭；4、弹性体，5、底座，6、风力发电机机架，7、双头螺杆及配套螺母、垫圈，8、螺栓及配套螺母，9、齿轮箱转矩臂，10、金属骨架，11、粘弹性阻尼层。
具体实施方式
结合附图给出的实施例，对本发明进行进一步的说明和描述，本发明的保护范围不局限于实施例所描述的情况。
实施例1：
图1、图2所示的本发明所涉及的齿轮箱用阻尼复合型变刚度减振支撑，由一个上轭1、四个立柱2、一个下轭3经过双头螺杆7连接成减振支撑的组合式主体框架，四个立柱2在左右两侧各对称分布两个，上轭1和下轭3的中间位置分别固定有一个底座5，底座5与上下轭可以通过螺纹配合结构或焊接、胶黏剂粘接等方式连接，底座内部装有弹性体4。
图3所示为立柱2的实例结构的剖面示意图。立柱2的内部部件为金属骨架10，为中空结构，截面可以为矩形、圆形、梯形等，也可以为渐变式形状，可以大大降低设备重量和制造成本；金属骨架10的外部复合有粘弹性阻尼层11，粘弹性阻尼层11可以为直接贴覆一层粘弹性材料的自由阻尼结构，也可以为贴覆一层粘弹性材料后再贴覆一层刚性约束层的约束阻尼结构，可有效衰减振动能量，降低共振峰值。
图4所示为套筒式底座5的示意图，底座的上部分为中空的套筒，弹性体4装入底座后与底座粘接固定在一起，并与套筒保持一定的间隙；如图5所示。风力发电机组在运行过程中，弹性体4在齿轮箱载荷和低速轴扭转载荷的作用下发生压缩，弹性材料发生横向膨胀，高度降低直径变大，当载荷增大到一定程度时，弹性材料与套筒接触，变形空间被限制，弹性体的刚度急剧增大，可有效防止在风速过大或者机组停机等出现极限载荷情况时，消减减振支撑及机组相关设备产生大幅度振动。套筒的高度、弹性体的尺寸以及套筒内壁与弹性元件外缘的距离根据风力发电机组和弹性元件的实际参数经过计算确定。
弹性体4可以为图6所示的平面结构形式，此时弹性体4与套筒式底座5配合可使减振支撑具有明显的非线性刚度；弹性体4也可以为图7所示的表面带有钉柱、凹槽，内部具有孔洞等结构形式，为弹性体提供较大的变形空间，可进一步提高弹性部件的刚度非线性特征，在弹性体承受运转载荷时可进一步降低扭转刚度，提高减振支撑的隔振效率，同时在出现极限情况、弹性体承受载荷较大时，进一步提高弹性体的扭转刚度，减振支撑的继续变形，降低齿轮箱系统的振动幅度。
阻尼复合型变刚度减振支撑自重较小，并且可拆分成各个零部件进行搬运和运输；其安装方式可为：先将上轭1、下轭3与所对应的底座5、弹性元件4分别固定安装到一起，然后根据实际情况进行组装。可以先将上轭1、下轭3与立柱2通过螺杆7组合到一起形成框架，再套装到齿轮箱转矩臂9上，然后通过螺杆7和螺栓8与风力发电机主机机架6固定连接；也可以先将下轭3与机架6通过螺栓8固定连接，再将上轭1、立柱2通过螺杆7与下轭3和风力发电机机架6连接固定到一起。

Claims (7)

1.一种风力发电机齿轮箱用阻尼复合型变刚度减振支撑，其特征是：本发明所涉及的阻尼复合型变刚度减振支撑主要由一个上轭(1)、一个下轭(3)、四个中空立柱(2)、上、下弹性体(4)、上、下底座(5)和连接部件组成；其中上轭(1)、下轭()和四根中空立柱(2)为金属构件，通过连接部件组成减振支撑的组合式主体框架；主体框架上复合有粘弹性阻尼减振层(11)，为减振支撑提供一定的阻尼减振能力；上、下弹性体(4)分别与上、下底座(5)组合到一起构成非线性刚度弹性部件后分别固定到上、下轭(1、3)上；整个减振支撑通过相关连接部件连接并固定到风力发电机主机机架(6)上，齿轮箱转矩臂(9)置于上下弹性体之间形成弹性隔离状态。
2.按照权利要求1所述的一种风力发电机齿轮箱用阻尼复合型变刚度减振支撑，，其特征是：所述减振支撑的上、下轭(1、3)为平板结构，立柱(2)为中空管状结构；所述四根中空立柱(2)在上下轭的两侧对称分布，上下轭(1、3)和立柱(2)通过双头螺杆及配套螺母(7)连接固定到一起构成减振支撑的主体框架，并通过所述双头螺杆及配套螺母(7)和螺栓及配套螺母(8)固定到风力发电机主机机架(6)上。
3.按照权利要求1所述的一种风力发电机齿轮箱用阻尼复合型变刚度减振支撑，其特征是：所述粘弹性阻尼层(11)复合在减振支撑主体框架的四根立柱外部；粘弹性阻尼层(11)为直接贴覆一层粘弹性材料的自由阻尼结构，以抑制风力发电机组导致金属部件产生共振时的共振峰，并使齿轮箱转矩臂的振动在通过减振支撑向主机机架传递的过程中得到一定的消耗。
4.按照权利要求1所述的一种风力发电机齿轮箱用阻尼复合型变刚度减振支撑，其特征是：所述粘弹性阻尼层(11)复合在减振支撑主体框架的四根立柱外部；粘弹性阻尼层(11)为贴覆一层粘弹性材料后再贴覆一层刚性约束层的约束阻尼结构，以抑制风力发电机组导致金属部件产生共振时的共振峰，并使齿轮箱转矩臂的振动在通过减振支撑向主机机架传递的过程中得到一定的消耗。
5.按照权利要求1所述的一种风力发电机齿轮箱用阻尼复合型变刚度减振支撑，其特征是：所述减振支撑的底座(5)为套筒式结构，即底座(5)的上部分为中空的套筒，两个底座(5)分别安装固定在上下轭(1、3)的中间位置；弹性体(4)与底座(5)的底部粘接固定到一起，并与套筒一方面保持一定的间隙；一方面可以准确、牢固地将弹性体安装定位，另一方面在弹性体受力压缩到一定程度时接触到刚性套筒，进一步变形被阻止，刚度急剧增大，形成刚度非线性弹性部件，避免减振支撑发生大振幅运动。
6.按照权利要求1所述的一种风力发电机齿轮箱用阻尼复合型变刚度减振支撑，其特征是：所述减振支撑的弹性体(4)为由橡胶类弹性材料与多层加劲钢板复合而成的橡胶弹簧，具有较低的剪切刚度。
7.按照权利要求1所述的一种风力发电机齿轮箱用阻尼复合型变刚度减振支撑，其特征是：所述减振支撑的弹性体(4)表面带有钉柱、沟槽等结构，其内部带有孔洞等结构。
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