CN102493924A - 一种风机及其塔筒 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种风机及其塔筒，公开的塔筒中的减振机构包括连杆机构和减振阻尼部件，连杆机构包括相铰接的第一连杆和第二连杆，第一连杆铰接于筒壁的第一铰接点处，第二连杆与筒壁铰接于第二铰接点，减振阻尼部件的两端分别铰接于筒壁、第一连杆和/或第二连杆。该塔筒中第一连杆和第二连杆在塔筒的变形过程中，第一连杆和第二连杆的相对位置均产生变动，则液压粘滞阻尼器的长度会发生改变，由余弦定理公式可推导出连杆机构的设置使得液压粘滞阻尼器的形变长度相对于塔筒位移被放大，加快了液压粘滞阻尼器对塔筒变形振动的响应速度，且阻尼比得以成倍增加，进而获得较好的减振效果，且该减振机构的建构简单，几乎不增加风机的重量。

Description

一种风机及其塔筒

技术领域

本发明涉及高耸结构技术领域，特别涉及一种风机及其塔筒。

背景技术

风机一般包括塔筒、机舱和叶片，塔筒固定于机座上，用于支撑机舱和叶片。随着风力发电机组发电功率的不断增大，风机塔筒的高度也在不断升高。则塔筒不仅支撑机舱和叶片，还需承受风载等外力产生的巨大弯矩。此外，叶片质量不均衡、风力、塔影效应以及风机各传动链等因素均可能引起塔筒的振动，影响了塔筒的安全性能，因此，使塔筒具备良好的减振功能，提高塔筒的安全系数较为重要。

现有技术中，存在使用质量阻尼器为塔筒减振的技术方案。质量阻尼器主要是通过质量块的滑行进行减振。要达到较好的减振效果，质量阻尼器的质量需占整个风机质量的3％左右，风机的质量一般约为200吨，则质量块的重量将高达6吨，即使采用密度较大的材料制成质量块，质量块的体积也较大，且质量块以及其操作机构均需安装于风机的顶部，而塔筒顶部空间有限，难以满足较大质量块的安装；且较大质量块增加了风机的重量和生产的成本，质量块的滑动也会影响操作人员的人身安全。

有鉴于此，如何提供一种塔筒，使其内部的减振机构能够较好地实现减振功能，且尽量不增加塔筒的重量并适用于塔筒空间结构，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的为提供一种塔筒，该塔筒的内部的减振机构包括阻尼部件和连杆机构，在连杆机构作用下，减振元件的变形量相对于塔筒的变形量得以放大，使得减振元件产生的阻尼力得以放大，进而提高塔筒的结构阻尼，具有较好的减振效果，且该减振机构结构简单、重量较轻，占据的空间也较小，适用于塔筒的空间结构。本发明的另一目的是提供一种包括上述塔筒的风机。

为达到本发明的第一目的，本发明提供一种塔筒，所述塔筒的内部设有减振机构，所述减振机构包括减振阻尼部件和连杆机构，所述连杆机构包括一端相铰接的第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的另一端铰接于所述筒壁的第一铰接点处，所述第二连杆与所述筒壁铰接于第二铰接点处，所述第一铰接点和所述第二铰接点在塔筒的轴向和周向均错开；所述减振阻尼部件的一端铰接于所述筒壁上的第三铰接点处，另一端铰接于所述第一连杆和/或所述第二连杆；上述各铰接处的铰接轴相平行。

优选地，所述塔筒内具有沿所述塔筒周向设置的三组所述减振机构；各组所述减振机构还包括第三连杆，各所述第三连杆的一端连接所述筒壁，各所述第三连杆的另一端相连接，所述第二铰接点位于各所述第三连杆相连接的位置。

优选地，各所述第三连杆沿所述塔筒的径向设置，且各所述第三连杆与所述筒壁铰接于所述第三铰接点处，所述第一铰接点和所述第三铰接点处于同一轴线上。

优选地，各所述第三连杆的另一端均铰接于同一铰接块。

优选地，各组所述减振机构包括两平行且沿竖直平面对称设置的第一连杆、第二连杆、第三连杆和减振阻尼部件，各所述第三连杆均铰接于所述铰接块。

优选地，所述减振阻尼部件、所述第一连杆和所述第二连杆铰接于同一铰接板处。优选地，所述塔筒的上部塔筒和下部塔筒均设有所述减振机构。

优选地，所述第一连杆和所述减振阻尼部件均通过铰接座铰接于所述筒壁，所述筒壁上设有第一加强环和第二加强环，所述减振机构中与所述第一连杆对应的铰接座设于所述第一加强环上，与所述减振阻尼部件对应的铰接座设于第二加强环上。

优选地，所述减振元件为粘滞阻尼器或磁流变阻尼器。

优选地，所述减振阻尼部件为弹簧。

该发明提供的塔筒内部设置的减振机构包括连杆机构和减振阻尼部件，连杆机构中第一连杆铰接于筒壁上的第一铰接点，第二连杆与筒壁铰接于第二铰接点，且第一铰接点和第二铰接点在塔筒的轴向和周向均错开，减振阻尼部件铰接于筒壁上的第三铰接点和连杆机构。则连杆机构中第一连杆和第二连杆在塔筒的变形过程中，第二连杆会随塔筒变形而发生位移，从而带动第一连杆绕第一铰接点转动，使得第一连杆和第二连杆的相对位置均产生变动，而减振阻尼部件的一端铰接于第一连杆和第二连杆，则减振阻尼部件的长度会发生改变。由余弦定理公式推导可得出，连杆机构的设置使得减振阻尼部件的形变长度相对于塔筒位移被放大。由于塔筒在风力作用下的位移形变量较小，连杆机构将塔筒变形反映至减振阻尼部件的形变量放大，加快了减振阻尼部件对塔筒变形振动的响应速度，且阻尼比得以成倍增加，使得减振阻尼部件抑制塔筒振动的作用力加大(阻尼部件的作用力与变形量和阻尼系数呈正比)，则减振效果较好。且该减振机构的结构简单，质量较轻且占据空间较小，几乎不增加塔筒的重量，同时也不会危及操作人员的人身安全。

为达到本发明的另一目的，本发明提供一种风机，具有塔筒、叶片和机舱，所述塔筒为上述任一项所述的塔筒。由于上述塔筒具有上述技术效果，具有该塔筒的风机也具有上述技术效果。

附图说明

图1为本发明所提供塔筒内部设置减振机构的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1中塔筒变形前与减振机构的结构简图；

图4为图3中塔筒变形后与减振机构的结构简图；

图5为图1中减振机构设于上部塔筒和中部塔筒的示意图；

图6为本发明所提供塔筒内设置减振机构的另一种具体实施方式的结构简图。

具体实施方式

本发明的核心为提供一种塔筒，该塔筒的内部的减振机构包括阻尼部件和连杆机构，在连杆机构作用下，减振元件的变形量相对于塔筒的变形量得以放大，使得减振元件产生的阻尼力得以放大，进而提高塔筒的结构阻尼，具有较好的减振效果，且该减振机构结构简单、重量较轻，占据的空间也较小，适用于塔筒的空间结构。本发明的另一核心是提供一种包括上述塔筒的风机。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明所提供塔筒内部设置减振机构的一种具体实施方式的结构示意图；图2为图1的俯视图。

该具体实施方式中的塔筒2，其内部设有三组减振机构，减振机构包括液压粘滞阻尼器214和连杆机构。连杆机构包括第一连杆211、第二连杆212和第三连杆213。第一连杆211的一端和第二连杆212的一端较接，第一连杆211的另一端铰接于筒壁20的第一铰接点处，筒壁20的第一铰接点处可以设置第一铰接座217，以便于实现第一连杆211的铰接；第二连杆212的另一端铰接于第二铰接点处，第二铰接点处设置铰接块218，第二连杆212铰接于铰接块218；液压粘滞阻尼器214的一端铰接于第一连杆211和第二连杆212的铰接处(即三者相互铰接)，另一端和筒壁20铰接于第三铰接点处，在第三铰接点处可以设置第二铰接座215，以便液压粘滞阻尼器214与筒壁20的铰接；第三连杆213的两端分别铰接于第二铰接点和第三铰接点处。

其中，第一铰接点和第二铰接点在塔筒2的轴向和周向上均错开；第一连杆211、第二连杆212、第三连杆213、液压粘滞阻尼器214、筒壁20各铰接处的铰接轴相平行，图1中三个连杆和液压粘滞阻尼器214处于同一竖直平面内，且第三连杆213处于水平状态，即第三连杆213处于筒壁20的径向延伸线上。从图1中可以看出，第二铰接座215和铰接块218位于第一铰接座217的上方，即第三铰接点和第二铰接点处于第一铰接点的上方，则实际上，第一连杆211、第二连杆212、第三连杆213和第一铰接点、第三铰接点之间的筒壁20大致组成了四连杆机构(但其中筒壁20和第三连杆213并无自由度)。

再结合图2理解，三组减振机构沿塔筒2周向均布，即互成120°度布置，且三组连杆机构的第三连杆213均铰接于铰接块218，图2中的铰接块218处于塔筒2截面的中心位置，且第三连杆213处于水平状态，则三组连杆机构中的第三连杆213均相当于处于刚性连接状态。

请继续参考图3和图4，图3为图1中塔筒变形前与减振机构的结构简图；图4为图3中塔筒变形后与减振机构的结构简图。

塔筒2在风载荷作用下，塔筒2的筒壁20会沿风的方向发生弯曲变形，图4中，将塔筒2变形导致塔筒2中心产生的位移设为u，当风向为自左向右时，图4中第三连杆213也向右移动u。结合图3，将第一连杆211与水平方向的夹角设为θ1，液压粘滞阻尼器214与筒壁20的夹角设为θ3，第二连杆212与竖直方向的夹角设为θ2，则根据三角形余弦定理可以推导出液压粘滞阻尼器214随塔筒2变形而产生的变形长度，进而得出液压粘滞阻尼器214的变形长度相对于塔筒2中心位移的放大倍数f，即f为液压阻尼器变形长度与筒壁20位移量的比值：

f＝sinθ2cos(θ3-θ1)/cos(θ1+θ2)+sinθ3；

假设θ1＝30°，θ2＝50°，θ3＝40°，即可计算出f＝2.8。即在相同作用时间内，液压粘滞阻尼器214的行程是塔筒2中心位移的2.8倍，则液压粘滞阻尼器214的阻尼力被放大2.8倍，合理设置第一连杆211、第二连杆212、第三连杆213的长度以及液压粘滞阻尼器214与第一铰接座217的距离(即合理设计θ1、θ2、θ3的角度)，可以尽量增加放大倍数f的值。因此，该方案可以提高整个减振机构的阻尼比，从而提高塔筒2的结构阻尼，则该减振机构消耗振动能量的效果更为明显，使塔筒2具有较好的减振功能。

通过上述内容可知，该实施例中连杆机构的第一连杆211和第二连杆212在塔筒2的变形过程中，由于第一铰接点和第二铰接点在塔筒2的轴向和周向均错开，则第二连杆212会随塔筒2变形而发生位移，从而带动第一连杆211绕第一铰接点转动，使得第一连杆211和第二连杆212的相对位置均产生变动，而液压粘滞阻尼器214的一端铰接于第一连杆211和第二连杆212的铰接位置，且液压粘滞阻尼器214与第一连杆211和第二连杆212处于同一平面内(各铰接轴平行设置)，则液压粘滞阻尼器214的长度会发生改变。由上述公式推导可知，连杆机构的设置使得液压粘滞阻尼器214的形变长度相对于塔筒2位移被放大。由于塔筒2在风力作用下的位移形变量较小，连杆机构将塔筒2变形反映至液压粘滞阻尼器214的形变量放大，加快了液压粘滞阻尼器214对塔筒2变形振动的响应速度，且阻尼比得以成倍增加，使得液压阻粘滞阻尼器214抑制塔筒2振动的作用力加大(阻尼部件的作用力与变形量和阻尼系数呈正比)，则减振效果较好。另外，该减振机构的结构简单，质量较轻且占据空间较小，几乎不增加塔筒的重量，同时也不会危及操作人员的人身安全。

图2中，液压粘滞阻尼器214的一端铰接于第一连杆211和第二连杆212铰接，即三者铰接于同一位置处，且设置铰接板218供三者铰接，铰接板218的设置可以保证强度；此外，液压粘滞阻尼器214与第一连杆、第二连杆铰接的方式使得第一连杆211、筒壁20、液压粘滞阻尼器214组成三角形，第二连杆212、液压粘滞阻尼器214、第三连杆213组成三角形，则根据θ1、θ2、θ3的变化容易计算获得液压粘滞阻尼器214的长度变化，进而便于设计θ1、θ2、θ3的初始值。实际上，液压粘滞阻尼器214可以直接与第一连杆211铰接于其他位置，则第二连杆212与液压粘滞阻尼器214间接铰接，或液压粘滞阻尼器214可以直接与第二连杆212铰接于其他位置，则第一连杆211与液压粘滞阻尼器214间接铰接，该种情形下，第一连杆211和第二连杆212的位置变动依然可以带动液压粘滞阻尼器214变形，且通过设计θ1、θ2、θ3的大小，使液压阻尼器214变形量相对于筒壁20变形量具有放大的效果。

上述实施例中在塔筒2的同一高度位置处设置了三组减振机构，且沿塔筒2的周向设置，则塔筒2的减振功能不受风向的限制，无论风向如何改变，减振机构始终可以起到减振的作用。可以想到，还可以设置三组以上的减振机构，当然，鉴于塔筒2内部需留出一定供操作人员操作的空间，设置三组减振机构为较为优化的技术方案。为了加强减振机构的减振作用，可以如图2所示，各组减振机构中的第一连杆211、第二连杆212、第三连杆213、液压粘滞阻尼器214、第一铰接座217、第二铰接座215的数目均为两个且平行设置，两第一连杆211分别铰接于两第一铰接座217处，两第三连杆213的一端分别接于第二铰接座215处，另一端均铰接于铰接块218上，该结构增加了液压粘滞阻尼器214的数目，进一步加大了减振机构的阻尼力，增强了减振效果。

请继续参考图5，图5为图1中减振机构设于上部塔筒和中部塔筒的示意图。

塔筒2通常分为上部塔筒201、中部塔筒202和下部塔筒203，上部塔筒201和中部塔筒202易受到风力影响产生振动，故可以在上部塔筒201和中部塔筒202处按照上述方式设置减振机构，图5中，中部塔筒202和上部塔筒201连接法兰的上方、中部塔筒202和下部塔筒203连接法兰的上方均设有减振机构，即设于图5中所示的A部位和B部位。

上述实施例中沿筒壁20周向设置了三组减振机构，筒壁20上的铰接座具有多个，图1中，第一铰接座217和第二铰接座215的数目均为六个，筒壁20变形时，第一连杆211和液压粘滞阻尼器214因为位置变动而产生的拉力或压力将作用于对应的铰接座上，进而传递至设置铰接座的筒壁20处，为了避免筒壁20局部受力导致应力过于集中而影响筒壁20的强度，可以在筒壁20上设置加强环，即各铰接座均设于加强环上，加强环沿筒壁20周向环绕。图1中所示的第一加强环216用于安装与第一连杆211对应的六个第一铰接座217，第二加强环219用于安装与液压粘滞阻尼器214对应的六个第二铰接座215(结合图2)，加强环的设置使铰接座所受的作用力沿筒壁20的周向均布，避免受力集中对筒壁20强度造成影响。

此外，上述实施例中，各组连杆机构中第三连杆213的一端均直接铰接于筒壁20，另一端均铰接于铰接块218处。为了保证第一连杆211和第二连杆212能够随塔筒2的变形而变动位置，以便带动液压粘滞阻尼器214形变，筒壁20的变形需能够传递至第二连杆212，则第二铰接点需为刚性位置。当设置三组连杆机构时，为保证第二铰接点为刚性位置，可以如图1中所示，水平设置第三连杆213并使各第三连杆213均铰接于设于第二铰接点处的铰接块218，即实际上，各第二连杆212通过第三连杆213实现与筒壁20的铰接；或，直接将第三连杆213刚性连接于筒壁20和铰接块218。当然，图1中使第三连杆213处于塔筒2径向延伸线上且铰接于筒壁20和铰接块218、使第一铰接点和第三铰接点处于塔筒20的同一轴线上，主要为了保证筒壁20的变形可以更为有效地传递至第一连杆211和第二连杆212上，进而传递至液压粘滞阻尼器214，达到最大限度地放大变形量的效果，以免筒壁20变形的力被分解。

需要说明的是，可以直接使第二连杆212铰接于筒壁20处，无需设置第三连杆213，同样可以通过第一连杆211和第二连杆212的位置变动实现将液压粘滞阻尼器214变形放大的作用，请结合图6考虑，图6为本发明所提供塔筒内设置减振机构的另一种具体实施方式的结构简图。当然，相较于上述实施例，直接将第二连杆212铰接于筒壁20时，不易于沿塔筒2的周向布置多组减振机构，该减振机构的布置方式更适合于定航风机，定航风机无需多方向抗振，该布置方式已可以满足减振需求，且结构更为简单。

针对上述各实施例，减振机构中的液压粘滞阻尼器还可以采用其他类型的减振阻尼部件，比如磁流变阻尼器、弹簧等，根据变形量和作用力的正比关系，该类阻尼部件在形变量增加时，同样使得抑制塔筒2振动的作用力加大，达到较好的减振效果。磁流变阻尼器和液压粘滞阻尼器的阻尼比均可以根据风速变化自动调整，进而实现主动减振功能。

除了上述塔筒2，本发明还提供了一种风机，具有塔筒2、叶片和机舱，所述塔筒2为上述任一实施例所述的塔筒2。由于上述塔筒2具有上述技术效果，具有该塔筒2的风机也具有上述技术效果，在此不赘述。实际上，上述的塔筒2除了可以作为风机的塔筒2外，也可以应用于其他高耸结构。

以上对本发明所提供的一种风机及其塔筒进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (11)

1.一种塔筒，其特征在于，所述塔筒的内部设有减振机构，所述减振机构包括减振阻尼部件和连杆机构，所述连杆机构包括一端相铰接的第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的另一端铰接于所述筒壁的第一铰接点处，所述第二连杆与所述筒壁铰接于第二铰接点处，所述第一铰接点和所述第二铰接点在塔筒的轴向和周向均错开；所述减振阻尼部件的一端铰接于所述筒壁上的第三铰接点处，另一端铰接于所述第一连杆和/或所述第二连杆；上述各铰接处的铰接轴相平行。

2.根据权利要求1所述的塔筒，其特征在于，所述塔筒内具有沿所述塔筒周向设置的三组所述减振机构；各组所述减振机构还包括第三连杆，各所述第三连杆的一端连接所述筒壁，各所述第三连杆的另一端相连接，所述第二铰接点位于各所述第三连杆相连接的位置。

3.根据权利要求2所述的塔筒，其特征在于，各所述第三连杆沿所述塔筒的径向设置，且各所述第三连杆与所述筒壁铰接于所述第三铰接点处，所述第一铰接点和所述第三铰接点处于同一轴线上。

4.根据权利要求3所述的塔筒，其特征在于，各所述第三连杆的另一端均铰接于同一铰接块。

5.根据权利要求4所述的塔筒，其特征在于，各组所述减振机构包括两平行且沿竖直平面对称设置的第一连杆、第二连杆、第三连杆和减振阻尼部件，各所述第三连杆均铰接于所述铰接块。

6.根据权利要求1至5所述的塔筒，其特征在于，所述减振阻尼部件、所述第一连杆和所述第二连杆铰接于同一铰接板处。

7.根据权利要求1至5任一项所述的塔筒，其特征在于，所述塔筒的上部塔筒和下部塔筒均设有所述减振机构。

8.根据权利要求7所述的塔筒，其特征在于，所述第一连杆和所述减振阻尼部件均通过铰接座铰接于所述筒壁，所述筒壁上设有第一加强环和第二加强环，所述减振机构中与所述第一连杆对应的铰接座设于所述第一加强环上，与所述减振阻尼部件对应的铰接座设于第二加强环上。

9.根据权利要求1至5任一项所述的塔筒，其特征在于，所述减振元件为粘滞阻尼器或磁流变阻尼器。

10.根据权利要求1至5任一项所述的塔筒，其特征在于，所述减振阻尼部件为弹簧。

11.一种风机，具有塔筒、叶片和机舱，其特征在于，所述塔筒为权利要求1至10任一项所述的塔筒。

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