CN105298198A - 一种适用于风电塔锥形塔筒结构的防屈曲减振装置 - Google Patents
一种适用于风电塔锥形塔筒结构的防屈曲减振装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105298198A CN105298198A CN201510802091.5A CN201510802091A CN105298198A CN 105298198 A CN105298198 A CN 105298198A CN 201510802091 A CN201510802091 A CN 201510802091A CN 105298198 A CN105298198 A CN 105298198A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- damper
- tower
- wind
- wind tower
- arm brace
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Abstract
一种适用于风电塔锥形塔筒结构的防屈曲减振装置，包括：附加支柱、阻尼器支撑、减振阻尼器、基础拉梁；所述附加支柱通过与风电塔塔筒内壁的固结连接，为风电塔锥形塔筒结构提供侧向刚度以抑制局部屈曲的发生；所述基础拉梁与附加支柱相连接以增强附加结构体系与风电塔锥形塔筒结构之间的整体性，所述阻尼器支撑与附加支柱之间互相连接，减振阻尼器为风电塔提供附加阻尼、吸收风振和地震作用下的振动能量，减小风电塔锥形塔筒结构的振动幅值。本发明将减振阻尼器应用于风电塔锥型塔筒结构，减小了风和地震作用下的振动幅值；本发明为同时具有防屈曲和减振功能的装置，对风电塔锥型塔筒结构的整体安全具有积极作用。
Description
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，涉及适用于风电塔锥形塔筒结构的防屈曲减振装置。
技术背景
为更有效利用风能，风力发动机的功率不断增大、风电塔塔架也越建越高。在经常遭受台风侵袭的区域或者地震震区建造风电场，对风电塔锥形塔筒结构安全可靠提出了更严格的要求。作为一种薄壁钢结构，风电塔锥形塔筒结构易在极端荷载下发生屈曲破坏；而动力荷载下风电塔结构振动造成的疲劳破坏，也是风电塔锥形塔筒结构设计的主要考虑因素之一。目前风力发电领域开始研究多种被动控制技术，但并没有在减振和防止结构屈曲破坏两个方面综合发挥作用的装置。客观上需要研发新的防屈曲减振装置以解决所述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于风电塔锥形塔筒结构的防屈曲减振装置，该装置制作简单，具有防屈曲和减振双重作用。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种适用于风电塔锥形塔筒结构的防屈曲减振装置，具有防屈曲和减振双重作用，包括：附加支柱、阻尼器支撑、减振阻尼器、基础拉梁。附加支柱通过与风电塔塔筒内壁的固结连接，为风电塔锥形塔筒结构提供侧向刚度，有效的抑制局部屈曲的发生；基础拉梁与附加支柱的可靠连接增强了附加结构体系与风电塔锥形塔筒结构之间的整体性，阻尼器支撑与附加支柱之间互相连接，减振阻尼器为风电塔提供附加阻尼，耗散(吸收)风振和地震作用下的振动能量，减小风电塔锥形塔筒结构的振动幅值。
进一步，基于风电塔锥形塔筒的中心轴对称形式，附加支柱沿着风电塔塔筒内壁以塔筒中心轴对称等角度的方式进行布置。
附加支柱可设计为实心(空心)钢筋混凝土柱或者实腹(格构)式钢柱，其物理性质要求能够与风电塔塔筒和风电塔基础平台合适可靠的固结，截面尺寸和高度根据需提供的支撑反力和刚度确定。
附加支柱与风电塔塔筒内壁之间可采用紧固件连接，附加支柱需插入风电塔锥形塔筒结构的基础平台一定深度，建议深度取1/5～1/20的附加支柱高度L，以保证连接的安全可靠。
基于风电塔锥形塔筒的中心轴对称形式，阻尼器支撑采用轴对称的布置形式，材料原则上采用实腹(格构)式钢梁或钢管。
阻尼器支撑的底端安装高度在(0.5～1)L之间(L为附加支柱1的高度)。
阻尼器支撑与附加支柱之间的角度θ(θ1、θ2，……θi)、阻尼器支撑相互之间的夹角θ3(θj)，要求其根据减振阻尼器的类型以及自身的装置配置来选择和调整。
阻尼器支撑的高度h根据风电塔内直径、阻尼器支撑的安装角度θ(θ1、θ2、……θi，θj)和减振阻尼器的类型来调整和确定。
阻尼器支撑的截面尺寸需根据减振阻尼器的类型和结构优化来调整和确定。
阻尼器支撑相互之间和与附加支柱之间可采用铰接或固结连接，要求其根据减振阻尼器的类型以及自身的装置配置来选择和调整。
减振阻尼器采用以风电塔塔筒中心轴对称的布置形式。
减振阻尼器可采用吸能型被动阻尼装置，如调谐质量阻尼器(TMD)、调谐液体阻尼器(TLD)；也可以采用耗能型被动阻尼装置，如各种位移相关型、速度相关型阻尼器、及复合型消能阻尼器；还可以采用不同形式和功能的阻尼器的组合，来实现减振目的。
基于风电塔锥形塔筒的中心轴对称形式，基础拉梁采用以风电塔塔筒中心轴对称等角度的布置形式。
基础拉梁可设计为实心(空心)钢筋混凝土梁或者实腹(格构)式钢梁，截面尺寸和长度根据需提供的刚度和承载力的需要确定。
基础拉梁原则上只沿着基础平台布置一层，根据附加结构体系与风电塔锥形塔筒结构整体性的需要可在风电塔锥形塔筒底部布置或一定高度设置多层或不予布置。
基础拉梁与附加支柱和基础平台的连接可采用紧固件连接，保证各构件之间的连接安全可靠。
当减振阻尼器采用调谐质量阻尼器或调谐液体阻尼器时，需在支撑的顶部附加钢板或钢梁用以悬挂TMD或支撑TLD，原则上采用焊接，钢板或钢梁尺寸根据阻尼器的体积和质量确定，需保证该钢板或钢梁的强度和刚度安全系数大于1.5。
可调整阻尼器支撑和附加支柱之间的布置形式和连接方式，如采用可放大风电塔锥形塔筒结构在风振和地震作用下的振动加速度、速度或位移的装置，以增加减振阻尼器的效果。
以风电塔塔筒中心轴对称等角度形式可增设三根以上数量的附加支柱，在功能上该附加支柱仅用于提供附加支撑而不用设置阻尼器支撑。
阻尼器支撑和减振阻尼器可沿着相同附加支柱不同高度之间多层布置，也可在不同附加支柱不同高度之间多层布置。
本发明所述的一种适用于风电塔锥形塔筒结构的防屈曲减振装置。根据支撑反力、附加刚度和整体性的需要，附加支柱、阻尼器支撑、减振阻尼器和基础拉梁之间的布置形式多样，总体基于风电塔锥形塔筒的轴对称形式，保持轴对称布置的原则。
由于采用了上述技术方案，本发明具有以下优点与有益效果：
1、本发明制作工艺简单，安装方便。本发明相对于现有的风电塔减振技术，具有不增加风电塔塔顶质量的优点，不仅可以适用于新建风电塔锥形塔筒结构的防屈曲减振，还适用于现役风电塔锥形塔筒结构的升级改造。
2、本发明能够为风电塔锥形塔筒结构薄弱的底部提供附加侧向刚度支撑，提高风电塔锥形塔筒结构防屈曲的能力。
3、本发明可以在较宽的频带范围内有效地控制结构振动，减小风电塔锥形塔筒结构动力响应幅值，同时可减小风机正常运转时由机械振动引起结构的振动，降低风电塔的疲劳敏感性。
附图说明
图1.a为本发明实施例一的俯视示意图(常见消能型减振阻尼器)。
图1.b为图1中所示的A-A面剖视示意图(常见消能型减振阻尼器)。
图1.c为本发明实施例一的立体示意图(常见消能型减振阻尼器)。
图2.a为本发明实施例二的俯视示意图(带放大装置的消能型减振阻尼器)。
图2.b为图2中所示的A-A面剖视示意图(带放大装置的消能型减振阻尼器)。
图2.c为本发明实施例二的立体示意图(带放大装置的消能型减振阻尼器)。
图3.a为本发明实施例三的俯视示意图(TMD阻尼器)。
图3.b为图3中所示的A-A面剖视示意图(TMD阻尼器)。
图3.c为本发明实施例三的立体示意图(TMD阻尼器)。
图4.a为本发明实施例四的俯视示意图(TLD和消能型混合阻尼器)。
图4.b为图4中所示的A-A面剖视示意图(TLD和消能型混合阻尼器)。
图4.c为本发明实施例四的立体示意图(TLD和消能型混合阻尼器)。
图中标号：1为附加支柱、2为阻尼器支撑、3为减振阻尼器、4为基础拉梁、5为风电塔塔筒、6限位装置。
具体实施方式
下面结合附图实施例对本发明进一步加以详细说明。
本发明提供的一种适用于风电塔锥形塔筒结构的防屈曲减振装置，包括：附加支柱1、阻尼器支撑2、减振阻尼器3、基础拉梁4。其中，附加支柱1沿着风电塔塔筒5内壁采用固结连接，附加支柱1根部插入风电塔基础平台一定深度，使其保证与风电塔塔筒5固结可靠，为风电塔结构提供附加侧向刚度，增加风电塔塔筒底部的防局部屈曲能力；阻尼器支撑2与附加支柱1可采用铰接或固结连接，阻尼器支撑2与减振阻尼器3之间的连接根据选用的阻尼器类型来确定和调整；减振阻尼器3可采用不同类型被动阻尼器，如吸能型阻尼器、消能型阻尼器、或者不同类型被动阻尼器的的组合，减振阻尼器3可以有效抑制风和地震作用下的风电塔振动；基础拉梁4与附加支柱1之间采用固结连接，增强了附加结构体系与风电塔锥形塔筒结构的整体性，有利于减振阻尼器3更好的发挥作用。附加支柱1、阻尼器支撑2、减振阻尼器3和基础拉梁4通过与风电塔筒5以及相互之间可靠的连接，能够为风电塔锥形塔筒结构提供附加刚度和阻尼，减小风电塔锥形塔筒结构振动幅值，降低疲劳失效率，提高风电塔结构的整体安全性。
本发明中，附加支柱1沿着风电塔塔筒5内壁采用以塔筒中心轴对称等角度的布置形式。本发明中，附加支柱1可设计为实心(空心)钢筋混凝土柱或者实腹(格构)式钢柱，其物理性质要求能够与风电塔塔筒5和风电塔基础平台合适可靠的固结，截面尺寸和高度根据需提供的支撑反力和刚度确定。
本发明中，附加支柱1与风电塔塔筒5内壁之间可采用紧固件连接，附加支柱1与风电塔基础平台可采用植筋或者附加桩的方式进行可靠连接，附加支柱1需插入风电塔锥形塔筒结构的基础平台一定深度，建议深度取1/5～1/20的附加支柱高度。
本发明中，阻尼器支撑2采用以风电塔塔筒中心轴对称的布置形式，材料原则上采用实腹(格构)式钢梁或钢管。
本发明中，阻尼器支撑2相互之间和与附加支柱1之间的角度θ(θ1、θ2，……θi)、阻尼器支撑相互之间的夹角θ3(θj)以及高度h，要求其根据减振阻尼器3的类型，以及自身的装置配置来选择和调整(原则上选择在15°～75°之间)，如图2(阻尼器支撑2具有放大装置时θ1、θ2、θ3需优化调整，达到最优振动放大效果)，如图3、4(消能减振阻尼器3为TMD或TLD时角度θ可为15°～75°)；高度h即可根据风电塔内直径、阻尼器支撑2的安装角度θ(θ1、θ2、θ3)和减振阻尼器3的类型来调整和确定；其截面尺寸需根据减振阻尼器3的类型和结构优化来调整和确定。
本发明中，阻尼器支撑2的底端安装高度在(0.5～1)L之间(L为附加支柱1的高度)。其中当减振阻尼器3采用调谐质量阻尼器(如图3)或调谐液体阻尼器(如图4)时，需在支撑的顶部附加钢板或钢梁用以悬挂TMD或支撑TLD，原则上采用焊接，钢板或钢梁尺寸根据阻尼器的体积和质量确定，需保证该钢板或钢梁的强度和刚度安全系数大于1.5。
本发明中，阻尼器支撑2相互之间和与附加支柱1之间可采用铰接或固结连接，要求其根据减振阻尼器3的类型以及自身的装置配置来选择和调整，如图2(阻尼器支撑2具有放大装置时采用铰接连接和固结连接的混合连接形式)，如图3、4(减振阻尼器3采用TMD或TLD时采用固结连接)。
本发明中，减振阻尼器3采用以风电塔塔筒中心轴对称的布置形式。
本发明中，减振阻尼器3可采用吸能型被动阻尼装置，如调谐质量阻尼器(TMD)、调谐液体阻尼器(TLD)；也可以采用耗能型被动阻尼装置，如各种位移相关型、速度相关型阻尼器、及复合型消能阻尼器；还可以采用不同形式和功能的阻尼器的组合，如附图4采用吸能型阻尼器TLD和耗能型阻尼器的组合形式。
本发明中，基础拉梁4采用以风电塔塔筒中心轴对称等角度的布置形式。
本发明中，基础拉梁4可设计为实心(空心)钢筋混凝土梁或者实腹(格构)式钢梁，其物理性质要求能够与风电塔塔筒5和风电塔基础平台合适可靠的固结，截面尺寸和长度根据需提供的力和刚度确定。
本发明中，基础拉梁4原则上只沿着基础平台布置一层，根据附加支柱1整体性的需要可在风电塔锥形塔筒底部一定高度设置多层或不予设置。
本发明中，基础拉梁4与附加支柱1和基础平台的连接可采用紧固件连接，保证各构件之间的连接安全可靠。
本发明中，以风电塔塔筒中心轴对称等角度形式可增设三根以上数量的附加支柱1，在功能上该附加支柱1仅用于提供附加支撑而不用设置阻尼器支撑2。
本发明中，阻尼器支撑2和减振阻尼器3可沿着相同附加支柱1不同高度之间多层布置，也可在不同附加支柱1不同高度之间多层布置。
本发明中，根据支撑反力、附加刚度和结构整体性的需要，附加支柱1、阻尼器支撑2、减振阻尼器3和基础拉梁4的布置形式多样，总体基于风电塔锥形塔筒中心轴对称的结构形式，四者均需满足以风电塔锥形塔筒中心轴对称的布置形式。
本发明提出的防屈曲减振装置，其附加支柱1能够为风电塔锥形塔筒结构薄弱的底部提供侧向刚度支撑，对于台风和地震作用下的风电塔塔筒屈曲的发生有着明显的抑制作用；基础拉梁4能够增强附加支柱1与风电塔锥形塔筒结构的整体性，有利于两者共同有效的工作；对于减振阻尼器3，当在附加支柱1发生变形或者不同附加支柱1之间发生相对运动的情况下工作，减小风电塔锥形塔筒结构在地震、风、风机运行等工况下的振动幅值，能够有效的提高风电塔的整体安全性。
以下对各个实施例分别进一步详细加以说明。
请参阅图1.a、1.b、1.c所示实施例，本发明主体由附加支柱1、阻尼器支撑2、减振阻尼器3和基础拉梁4四大部分组成。图1.a、1.b、1.c分别为本发明三根附加支柱1、单层共十二根阻尼器支撑2、单层共三个减振阻尼器3和三根基础拉梁4实施例的俯视图、剖视图和立体图。
如图1.a和图1.c所示，附加支柱1为采用以风电塔塔筒5中心互成120°角度的轴对称布置形式，附加支柱1沿着风电塔塔筒5内壁固结连接，可采用实心(空心)钢筋混凝土圆、方柱或者实腹(格构)式钢柱，截面尺寸和高度根据需提供的支撑反力和刚度确定，其结构和功能上要求附加支柱1能够与风电塔塔筒5和基础平台合适的可靠固结。此外附加支柱1需插入风电塔锥形塔筒结构的基础平台一定深度，如深度取1/5～1/20的附加支柱高度(L)，保证与风电塔基础平台可靠固接。
根据不同材性和形式的附加支柱1，附加支柱1与风电塔塔筒5内壁和风电塔基础平台可以采用多种连接方式，连接设计的要点在于附加支柱1与风电塔塔筒5内壁和风电塔基础平台的连接要安全可靠，采用固结连接能使得两者在风振和地震作用下能够有效的共同工作，增加风电塔的侧向刚度，有效的抑制风电塔塔筒局部屈曲的发生。
如图1.b和图1.c所示，所示实施例中沿附加支柱1高度布置了单层阻尼器支撑2，每两个相邻附加支柱1之间每层布置了四个阻尼器支撑2形成X型的布置形式，每四个阻尼器支撑2用来连接一个减振阻尼器3。阻尼器支撑2与附加支柱1之间固结连接，附加支柱1为阻尼器支撑2的安装提供了有效支撑，以免直接安装在风电塔塔筒5上造成塔壁截面削弱；阻尼器支撑2的底部安装高度原则上介于0.5～1附加支柱高度(L)，此处阻尼器支撑2顶端安装位置位于附加支柱1的顶端；阻尼器支撑2与风电塔塔筒5所形成小于90°安装角θ根据阻尼器的类型和形式在15°～75°范围选择；本实施例选用的十二根阻尼器支撑2均相同，因此确定安装角θ后其高度h再根据风电塔塔筒5的直径和减振阻尼器3来确定；阻尼器支撑2的材料上采用实腹(格构)式钢梁或钢管均可，其截面尺寸根据配套的阻尼器类型和支撑刚度验算确定。
如图1.b和图1.c所示，每两个相邻附加支柱1之间布置了四个阻尼器支撑2来安装一个减振阻尼器3，所连减振阻尼器3为四根X型阻尼器支撑2的交接处，所示实施例中布置了单层减振阻尼器3。减振阻尼器3采用消能型被动减振装置，如位移相关型、速度相关型、或复合型消能阻尼器，也可以采用不同形式和功能的阻尼器组合。此时因为采用常见的消能减振阻尼器3直接与阻尼器支撑2固结，所以不需要设置钢板或钢梁来连接阻尼器支撑2和消能减振阻尼器3。
如图1.b和图1.c所示，每两个相邻附加支柱1之间贴着基础平台面上布置了单层共三根基础拉梁4，两者采用固结连接；基础拉梁4与基础平台的连接采用固结连接，例如可采用紧固件连接，需保证各构件之间的连接安全可靠；基础拉梁4可设计为实心(空心)钢筋混凝土梁或者实腹(格构)式钢梁，截面尺寸和长度根据需提供的力和刚度和强度确定。
请参阅图2.a、2.b、2.c所示实施例，本发明主体由附加支柱1、阻尼器支撑2、减振阻尼器3和基础拉梁4四大部分组成。图2.a、2.b、2.c分别为本发明三根附加支柱1、单层共十五根阻尼器支撑2、单层共三个减振阻尼器3和三根基础拉梁4实施例的俯视图、剖视图和立体图。
如图2.a和图2.c所示，附加支柱1为采用以风电塔塔筒5中心互成120°角度的轴对称布置形式，附加支柱1沿着风电塔塔筒5内壁固结连接，可采用实心(空心)钢筋混凝土圆、方柱或者实腹(格构)式钢柱，截面尺寸和高度根据需提供的支撑反力和刚度和强度确定，其结构和功能上要求附加支柱1能够与风电塔塔筒5和基础平台合适的可靠固结。此外附加支柱1需插入风电塔锥形塔筒结构的基础平台一定深度，如深度取1/5～1/20的附加支柱高度(L)，保证与风电塔基础平台可靠固接。根据不同材性和形式的附加支柱1，附加支柱1与风电塔塔筒5内壁和风电塔基础平台可以采用多种连接方式，连接设计的要点在于附加支柱1与风电塔塔筒5内壁和风电塔基础平台的连接要安全可靠。
如图2.b和图2.c所示，所示实施例为以风电塔塔筒5中心互成120°角度的轴对称布置具有放大作用的布置形式，每个减振阻尼器3配置五根阻尼器支撑2来相互连接，沿附加支柱1高度布置了单层共十五个阻尼器支撑2。图2.c所示实施例为本发明中具有放大功能的空间布置形式，相邻附加支柱1之间每五个阻尼器支撑2和一个减振阻尼器3在空间中位于一个平面内，该平面沿着风电塔塔筒5的半径方向，该实施例形成三个互成120°平面，该三个平面相交线为风电塔塔筒5的中心轴线；2.b所示实施例为本发明中具有放大功能的剖面布置形式，在每个平面中阻尼器支撑2的安装角θ1、θ2和阻尼器支撑相互之间的夹角θ3根据阻尼器的类型和形式在15°～75°范围选择，如本实施例中可选择均为60°；随后其高度h再根据风电塔塔筒5的直径和相关阻尼器支撑2的安装角度确定；材料上采用实腹(格构)式钢梁或钢管均可；阻尼器支撑2的截面尺寸根据配套的阻尼器类型和支撑刚度和强度验算确定。
如图2.b和图2.c所示，阻尼器支撑2与附加支柱1之间固结连接，阻尼器支撑2三者相交时的连接采用铰接连接，此外阻尼器支撑2在塔筒中心的连接处需要设置钢板或钢梁，用以固结所连阻尼器支撑2，钢板或钢梁尺寸根据阻尼器的体积和质量确定，需保证该钢板或钢梁的强度和刚度安全系数大于1.5；阻尼器支撑2的底部安装高度原则上介于0.5～1附加支柱高度(L)，此处阻尼器支撑2顶端安装位置位于附加支柱1的顶端。
如图2.b和图2.c所示，每两个相邻附加支柱1之间每层布置了一个减振阻尼器3，所示实施例中布置了单层减振阻尼器3。减振阻尼器3采用消能型被动减振装置，如位移相关型、速度相关型、或复合型消能阻尼器，也可以采用不同形式和功能的阻尼器组合。
如图2.b和图2.c所示，每两个相邻附加支柱1之间贴着基础平台面上布置了单层共三根基础拉梁4，两者采用固结连接；基础拉梁4与基础平台的连接采用固结连接，例如可采用紧固件连接，需保证各构件之间的连接安全可靠；基础拉梁4可设计为实心(空心)钢筋混凝土梁或者实腹(格构)式钢梁，截面尺寸和长度根据需提供的力和刚度确定。
请参阅图3.a、3.b、3.c所示实施例，本发明主体由附加支柱1、阻尼器支撑2、减振阻尼器3和基础拉梁4四大部分组成。图3.a、3.b、3.c分别为本发明三根附加支柱1、单层共三根阻尼器支撑2、吸能型TMD减振阻尼器3和三根基础拉梁4实施例的俯视图、剖视图和立体图。
如图3.a和图3.c所示，附加支柱1为采用以风电塔塔筒5中心互成120°角度的轴对称布置形式，附加支柱1沿着风电塔塔筒5内壁固结连接，可采用实心(空心)钢筋混凝土圆、方柱或者实腹(格构)式钢柱，截面尺寸和高度根据需提供的支撑反力和刚度确定，其结构和功能上要求附加支柱1能够与风电塔塔筒5和基础平台合适的可靠固结。此外附加支柱1需插入风电塔锥形塔筒结构的基础平台一定深度，如深度取1/5～1/20的附加支柱高度(L)，保证与风电塔基础平台可靠固接。根据不同材性和形式的附加支柱1，附加支柱1与风电塔塔筒5内壁和风电塔基础平台可以采用多种连接方式，连接设计的要点在于附加支柱1与风电塔塔筒5内壁和风电塔基础平台的连接要安全可靠。
如图3.b和图3.c所示，所示实施例中阻尼器支撑2以风电塔塔筒5中心互成120°角度的轴对称形式共布置了三根，每根阻尼器支撑2分别与附加支柱1和钢板或钢梁直接连接，阻尼器支撑2与附加支柱1之间固结连接，阻尼器支撑2三者在风电塔塔筒5的中心处相互连接的地方需设置(焊接)一块钢板或钢梁，用来构造一个平台悬挂TMD阻尼器3，钢板尺寸根据阻尼器的体积和质量确定，需保证该钢板或钢梁的强度和刚度安全系数大于1.5；阻尼器支撑2的底部安装高度原则上介于0.5～1附加支柱高度(L)，此处阻尼器支撑2底部安装位置位于附加支柱1的顶端附近；阻尼器支撑2的安装角θ根据阻尼器的类型和形式在15°～75°范围选择，随后其高度h再根据风电塔塔筒5的直径确定；材料上采用实腹(格构)式钢梁或钢管均可；阻尼器支撑截面尺寸根据配套的阻尼器类型或是支撑刚度和强度验算确定。
如图3.b和图3.c所示，减振阻尼器3采用吸能型调谐质量阻尼器(TMD)，TMD的摆锤长度根据风电塔结构的动力特性来调整和确定；为了限制TMD的摆动振幅，需要额外安装限位装置6，如图3.b和3.c中的所示，具体尺寸和材料根据TMD阻尼器型号来确定和调整。
如图3.b和图3.c所示，每两个相邻附加支柱1之间布置了单层共三根基础拉梁4，两者采用固结连接；基础拉梁4与基础平台的连接采用固结连接，例如可采用紧固件连接，需保证各构件之间的连接安全可靠；基础拉梁4可设计为实心(空心)钢筋混凝土梁或者实腹(格构)式钢梁，截面尺寸和长度根据需提供的力和刚度确定。
请参阅图4.a、4.b、4.c所示实施例，本发明主体由附加支柱1、阻尼器支撑2、减振阻尼器3和基础拉梁4四大部分组成。图4.a、4.b、4.c分别为本发明三根附加支柱1、单层共九根阻尼器支撑2、单层共三个消能型阻尼3.b和TLD3.a组成的混合减振阻尼器和三根基础拉梁4实施例的俯视图、剖视图和立体图。
如图4.a和图4.c所示，附加支柱1为采用以风电塔塔筒5中心互成120°角度的轴对称布置形式，附加支柱1沿着风电塔塔筒5内壁固结连接，可采用实心(空心)钢筋混凝土圆、方柱或者实腹(格构)式钢柱，截面尺寸和高度根据需提供的支撑反力和刚度确定，其结构和功能上要求附加支柱1能够与风电塔塔筒5和基础平台合适的可靠固结。此外附加支柱1需插入风电塔锥形塔筒结构的基础平台一定深度，如深度取1/5～1/20的附加支柱高度(L)，保证与风电塔基础平台可靠固接。根据不同材性和形式的附加支柱1，附加支柱1与风电塔塔筒5内壁和风电塔基础平台可以采用多种连接方式，连接设计的要点在于附加支柱1与风电塔塔筒5内壁和风电塔基础平台的连接要安全可靠。
如图4.b和图4.c所示，所示实施例中阻尼器支撑2以风电塔塔筒5中心互成120°角度的轴对称形式共布置了九根，其中三根阻尼器支撑2分别与附加支柱1和钢板或钢梁直接连接，其余六根分为三组水平连接三个消能型阻尼器3.b与TLD3.a容器壁和附加支柱1连接。阻尼器支撑2与附加支柱1之间固结连接，阻尼器支撑2的斜撑之间相互连接的地方需设置一块钢板或钢梁，构造一个平台用来支撑TLD阻尼器3.a，钢板或钢梁的尺寸根据阻尼器的体积和质量确定，需保证该钢板的强度和刚度安全系数大于1.5；阻尼器支撑2的底部安装高度原则上介于0.5～1附加支柱高度(L)，此处阻尼器支撑2水平支撑安装位置位于附加支柱1的顶端；阻尼器支撑2的安装角θ根据阻尼器的类型和形式在15°～75°范围选择，随后其高度h再根据风电塔塔筒5的直径确定；材料上采用实腹(格构)式钢梁或钢管均可；阻尼器支撑截面尺寸根据配套的阻尼器类型或是支撑刚度和强度验算确定。
如图4.b和图4.c所示，减振阻尼器3采用吸能型调谐质量阻尼器TLD3.a和消能型阻尼器3.b组成的混合型减振阻尼器，TLD3.a的容器和液体体积根据风电塔结构的动力特性来调整和确定；此外为了增加该种形式阻尼器配置的减振效果，在TLD3.a和风电塔塔筒5之间增设了消能型减振阻尼器3.b，减振阻尼器3.b采用消能型被动减振装置，如位移相关型、速度相关型、或复合型消能阻尼器。此种实施例只是本发明中的一种混合阻尼器设置样式，本发明的保护范围不受此限。
如图4.b和图4.c所示，每两个相邻附加支柱1之间布置了单层共三根基础拉梁4，两者采用固结连接；基础拉梁4与基础平台的连接采用固结连接，例如可采用紧固件连接，需保证各构件之间的连接安全可靠；基础拉梁4可设计为实心(空心)钢筋混凝土梁或者实腹(格构)式钢梁，截面尺寸和长度根据需提供的刚度和强度确定。
在本发明中，对于附加支柱1、阻尼器支撑2、减振阻尼器3和基础拉梁4组成的附加结构体系，各构件之间要求连接保证安全可靠，此外还需增强与风电塔锥形塔筒结构的整体性和增大附加结构体系的刚度。从机理上分析，因为侧向支撑不仅为风电塔锥形塔筒结构提供侧向刚度，更重要的是在风振和地震作用下的振动响应通过可靠的连接才能有效的传递到附加支柱1和阻尼器支撑2，因此附加结构体系与风电塔锥形塔筒结构之间需要较好的整体性；此外阻尼器支撑2的发挥依赖于阻尼器支撑2发生一定的相对速度或位移，适当调整阻尼器支撑2与附加支柱1之间的布置形式与连接方式，如图2所示采用放大阻尼器支撑2在风振和地震作用下的振动加速度、速度或位移的设计，能够增加阻尼器支撑2的功效，从而减小风电塔锥形塔筒结构的振动幅值。此外减振阻尼器2除了可采用消能型被动减振装置，如位移相关型、速度相关型、或复合型消能阻尼器，此外也可采用吸能型被动阻尼装置，如调谐质量阻尼器(TMD)、调谐液体阻尼器(TLD)或是不同形式和功能的阻尼器组合来充分实现减振效果，达到减振性能的最优化。
综上所述，本发明具有的显著技术特征表现为具有防屈曲和减振双重作用。以上实施例中附加支柱1通过与风电塔塔筒5内壁的固结连接，为风电塔锥形塔筒结构提供侧向刚度，有效的抑制局部屈曲的发生；基础拉梁4与附加支柱1的可靠连接增强了附加结构体系与风电塔锥形塔筒结构之间的整体性，阻尼器支撑2与附加支柱1之间互相固结(铰接)连接，减振阻尼器3为风电塔提供附加阻尼，耗散(吸收)风振和地震作用下的振动能量，减小风电塔锥形塔筒结构的振动幅值。
在配置方案示意图中，本发明的附加支柱1、阻尼器支撑2、减振阻尼器3和基础拉梁4采用以风电塔锥形塔筒中心轴对称的布置形式，本发明包含的装置形式均能为风电塔锥形塔筒结构提供附加刚度，并通过配置相关不同类型阻尼器来减小结构振动幅值。需要说明的是附图及上述文字所揭示的只是本发明多种配置方案中的四种形式而已。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种适用于风电塔锥形塔筒结构的防屈曲减振装置，其特征在于：包括：附加支柱、阻尼器支撑、减振阻尼器、基础拉梁；所述附加支柱通过与风电塔塔筒内壁的固结连接，为风电塔锥形塔筒结构提供侧向刚度以抑制局部屈曲的发生；所述基础拉梁与附加支柱相连接以增强附加结构体系与风电塔锥形塔筒结构之间的整体性，所述阻尼器支撑与附加支柱之间互相连接，减振阻尼器为风电塔提供附加阻尼、吸收风振和地震作用下的振动能量，减小风电塔锥形塔筒结构的振动幅值。
2.根据权利要求1所述的适用于风电塔锥形塔筒结构的防屈曲减振装置，其特征在于：基于风电塔锥形塔筒的中心轴对称形式，所述附加支柱沿着风电塔塔筒内壁以塔筒中心轴对称等角度的方式进行布置。
3.根据权利要求1所述的适用于风电塔锥形塔筒结构的防屈曲减振装置，其特征在于：所述附加支柱为实心或空心钢筋混凝土柱，或者实腹或格构式钢柱，其物理性质能够与风电塔塔筒和风电塔基础平台固结，截面尺寸和高度根据需提供的支撑反力和刚度确定。
4.根据权利要求1所述的适用于风电塔锥形塔筒结构的防屈曲减振装置，其特征在于：所述附加支柱与风电塔塔筒内壁之间采用紧固件连接，所述附加支柱需插入风电塔锥形塔筒结构的基础平台；优选的，插入深度取所述附加支柱高度的1/5～1/20。
5.根据权利要求1所述的适用于风电塔锥形塔筒结构的防屈曲减振装置，其特征在于：基于风电塔锥形塔筒的中心轴对称形式，所述阻尼器支撑采用轴对称的布置形式，材料采用实腹或格构式钢梁或钢管。
6.根据权利要求1所述的适用于风电塔锥形塔筒结构的防屈曲减振装置，其特征在于：所述阻尼器支撑的底端安装高度在(0.5～1)L之间，其中：L为所述附加支柱的高度；
优选的，所述阻尼器支撑与附加支柱之间的角度θi、阻尼器支撑相互之间的夹角θj，根据所述减振阻尼器的类型以及自身的装置配置来选择和调整；
优选的，所述阻尼器支撑的高度h根据风电塔内直径、阻尼器支撑的安装角度θ和所述减振阻尼器的类型来调整和确定；
优选的，所述阻尼器支撑的截面尺寸根据减振阻尼器的类型和结构优化来调整和确定；
优选的，所述阻尼器支撑相互之间和与附加支柱之间采用铰接或固结连接，根据所述减振阻尼器的类型以及自身的装置配置来选择和调整；
优选的，所述减振阻尼器采用以风电塔塔筒中心轴对称的布置形式；
优选的，所述阻尼器支撑和减振阻尼器可沿着相同附加支柱在不同高度之间多层布置，或者在不同附加支柱不同高度之间多层布置；
优选的，所述减振阻尼器采用吸能型被动阻尼装置、耗能型被动阻尼装置或不同形式和功能的阻尼器的组合来实现减振目的；优选的，所述吸能型被动阻尼装置为调谐质量阻尼器或调谐液体阻尼器；优选的，所述耗能型被动阻尼装置为位移相关型、速度相关型阻尼器或复合型消能阻尼器。
7.根据权利要求1所述的适用于风电塔锥形塔筒结构的防屈曲减振装置，其特征在于：基于风电塔锥形塔筒的中心轴对称形式，所述基础拉梁采用以风电塔塔筒中心轴对称等角度的布置形式；
优选的，所述基础拉梁为实心或空心)钢筋混凝土梁，或者实腹或格构式钢梁，截面尺寸和长度根据需提供的刚度和承载力的需要确定。
优选的，所述基础拉梁只沿着基础平台布置一层；
优选的，根据附加结构体系与风电塔锥形塔筒结构整体性的需要在风电塔锥形塔筒底部布置或一定高度设置多层；
优选的，所述基础拉梁与附加支柱和基础平台的连接采用紧固件连接。
8.根据权利要求1所述的适用于风电塔锥形塔筒结构的防屈曲减振装置，其特征在于：当所述减振阻尼器采用调谐质量阻尼器或调谐液体阻尼器时，在支撑的顶部附加钢板或钢梁用以悬挂调谐质量阻尼器或支撑调谐液体阻尼器；优选的，附加钢板或钢梁时采用焊接连接；优选的，所述钢板或钢梁尺寸根据阻尼器的体积和质量确定，所述钢板或钢梁的强度和刚度安全系数大于1.5。
9.根据权利要求1所述的适用于风电塔锥形塔筒结构的防屈曲减振装置，其特征在于：调整所述阻尼器支撑和附加支柱之间的布置形式和连接方式以提升减振阻尼器的效果；优选的，采用可放大风电塔锥形塔筒结构在风振和地震作用下的振动加速度、速度或位移的装置。
10.根据权利要求1所述的适用于风电塔锥形塔筒结构的防屈曲减振装置，其特征在于：以风电塔塔筒中心轴对称等角度形式增设三根以上数量的附加支柱，只用于提供附加支撑。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510802091.5A CN105298198B (zh) | 2015-11-19 | 2015-11-19 | 一种适用于风电塔锥形塔筒结构的防屈曲减振装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510802091.5A CN105298198B (zh) | 2015-11-19 | 2015-11-19 | 一种适用于风电塔锥形塔筒结构的防屈曲减振装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105298198A true CN105298198A (zh) | 2016-02-03 |
| CN105298198B CN105298198B (zh) | 2017-07-07 |
Family
ID=55195944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510802091.5A Active CN105298198B (zh) | 2015-11-19 | 2015-11-19 | 一种适用于风电塔锥形塔筒结构的防屈曲减振装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105298198B (zh) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105857986A (zh) * | 2016-04-27 | 2016-08-17 | 武汉大学 | 一种防风抗摇摆混凝土吊罐 |
| CN105883230A (zh) * | 2016-04-27 | 2016-08-24 | 武汉大学 | 一种适用于强风条件下的复合减震混凝土吊罐 |
| CN105952234A (zh) * | 2016-05-28 | 2016-09-21 | 国网山东省电力公司金乡县供电公司 | 具有防屈曲支撑结构的输电塔 |
| CN107700913A (zh) * | 2017-10-18 | 2018-02-16 | 天津大学 | 一种多维高性能阻尼器 |
| CN107882690A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-04-06 | 华电重工股份有限公司 | 一种引入调质阻尼器的风电塔架 |
| CN108222058A (zh) * | 2018-02-14 | 2018-06-29 | 天津大学 | 一种具有可调式防屈曲装置的筒型基础及其施工方法 |
| CN108589763A (zh) * | 2018-07-02 | 2018-09-28 | 天津大学 | 一种筒型基础防屈曲结构 |
| CN109973323A (zh) * | 2019-04-03 | 2019-07-05 | 东北电力大学 | 一种减振型风力发电塔架 |
| CN110159045A (zh) * | 2019-05-27 | 2019-08-23 | 兰州理工大学 | 一种筒体抗震结构 |
| WO2019232975A1 (zh) * | 2018-06-07 | 2019-12-12 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 阻尼器限位装置、塔筒及风力发电机组 |
| CN110714884A (zh) * | 2019-11-14 | 2020-01-21 | 南京航空航天大学 | 一种风力机塔架疲劳转移结构 |
| CN113054606A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-06-29 | 广东电网有限责任公司湛江供电局 | 一种基于粘滞阻尼器的输电塔风致振动控制方法及设备 |
| CN114719131A (zh) * | 2022-05-13 | 2022-07-08 | 重庆水泵厂有限责任公司 | 一种用于泵座减振的减振装置及安装结构 |
| CN108589763B (zh) * | 2018-07-02 | 2024-04-19 | 天津大学 | 一种筒型基础防屈曲结构 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998026137A1 (en) * | 1996-12-10 | 1998-06-18 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Structures having damped floors and a method of damping floors |
| CN101571099A (zh) * | 2008-05-04 | 2009-11-04 | 上海驰风机电科技有限公司 | 塔筒减振装置 |
| JP2014114621A (ja) * | 2012-12-11 | 2014-06-26 | Ies:Kk | 制振構造物 |
| CN203684433U (zh) * | 2013-12-25 | 2014-07-02 | 武汉理工大学 | 菱形桁架式阻尼器变形增幅装置 |
-
2015
- 2015-11-19 CN CN201510802091.5A patent/CN105298198B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998026137A1 (en) * | 1996-12-10 | 1998-06-18 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Structures having damped floors and a method of damping floors |
| CN101571099A (zh) * | 2008-05-04 | 2009-11-04 | 上海驰风机电科技有限公司 | 塔筒减振装置 |
| JP2014114621A (ja) * | 2012-12-11 | 2014-06-26 | Ies:Kk | 制振構造物 |
| CN203684433U (zh) * | 2013-12-25 | 2014-07-02 | 武汉理工大学 | 菱形桁架式阻尼器变形增幅装置 |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105883230A (zh) * | 2016-04-27 | 2016-08-24 | 武汉大学 | 一种适用于强风条件下的复合减震混凝土吊罐 |
| CN105857986A (zh) * | 2016-04-27 | 2016-08-17 | 武汉大学 | 一种防风抗摇摆混凝土吊罐 |
| CN105952234A (zh) * | 2016-05-28 | 2016-09-21 | 国网山东省电力公司金乡县供电公司 | 具有防屈曲支撑结构的输电塔 |
| CN107700913A (zh) * | 2017-10-18 | 2018-02-16 | 天津大学 | 一种多维高性能阻尼器 |
| CN107700913B (zh) * | 2017-10-18 | 2024-03-29 | 天津大学 | 一种多维高性能阻尼器 |
| CN107882690A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-04-06 | 华电重工股份有限公司 | 一种引入调质阻尼器的风电塔架 |
| CN108222058A (zh) * | 2018-02-14 | 2018-06-29 | 天津大学 | 一种具有可调式防屈曲装置的筒型基础及其施工方法 |
| US11698056B2 (en) | 2018-06-07 | 2023-07-11 | Beijing Goldwind Science & Creation Windpower Equipment Co., Ltd. | Damper position-limiting device, tower and wind turbine |
| WO2019232975A1 (zh) * | 2018-06-07 | 2019-12-12 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 阻尼器限位装置、塔筒及风力发电机组 |
| CN108589763A (zh) * | 2018-07-02 | 2018-09-28 | 天津大学 | 一种筒型基础防屈曲结构 |
| CN108589763B (zh) * | 2018-07-02 | 2024-04-19 | 天津大学 | 一种筒型基础防屈曲结构 |
| CN109973323A (zh) * | 2019-04-03 | 2019-07-05 | 东北电力大学 | 一种减振型风力发电塔架 |
| CN110159045A (zh) * | 2019-05-27 | 2019-08-23 | 兰州理工大学 | 一种筒体抗震结构 |
| CN110714884B (zh) * | 2019-11-14 | 2020-08-28 | 南京航空航天大学 | 一种风力机塔架疲劳转移结构 |
| CN110714884A (zh) * | 2019-11-14 | 2020-01-21 | 南京航空航天大学 | 一种风力机塔架疲劳转移结构 |
| CN113054606A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-06-29 | 广东电网有限责任公司湛江供电局 | 一种基于粘滞阻尼器的输电塔风致振动控制方法及设备 |
| CN114719131A (zh) * | 2022-05-13 | 2022-07-08 | 重庆水泵厂有限责任公司 | 一种用于泵座减振的减振装置及安装结构 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105298198B (zh) | 2017-07-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105298198A (zh) | 一种适用于风电塔锥形塔筒结构的防屈曲减振装置 | |
| Zhang | The active rotary inertia driver system for flutter vibration control of bridges and various promising applications | |
| CN104594520A (zh) | 一种多维可调碰撞耗能减振装置 | |
| CN102644337A (zh) | 一种减轻高耸塔设备风诱导振动的装置及其方法 | |
| CN101832358A (zh) | 控制结构多维振动的陀螺减振阻尼器及其制作方法 | |
| JP5792153B2 (ja) | 制振構造物 | |
| CN204418411U (zh) | 一种多维可调碰撞耗能减振装置 | |
| CN206290837U (zh) | 一种管路系统减振支撑装置 | |
| CN206591421U (zh) | 可调刚度粒子阻尼减震器 | |
| JP5705810B2 (ja) | 塔状構造物、及び、塔状構造物の施工方法 | |
| CN207701294U (zh) | 阻尼器的限位装置、振动阻尼装置、塔筒及风力发电机组 | |
| CN104776142B (zh) | 塔式浮筏隔振装置 | |
| CN212956923U (zh) | 一种装配式钢结构建筑支撑装置 | |
| TWI607138B (zh) | 鍋爐的支撐構造體 | |
| CN105696722A (zh) | 一种位移放大的金属剪切型消能器 | |
| CN210422092U (zh) | 一种阻尼接地型钢支撑填充质量调谐阻尼支架 | |
| JP3828695B2 (ja) | 三階建て住宅の制震壁 | |
| CN109972758B (zh) | 一种可调耗能效果的阻尼器组件安装方法 | |
| CN205976052U (zh) | 一种阵列盘式消能减振装置 | |
| CN109932150A (zh) | 一种高耸悬浮检测结构微振动控制装置 | |
| JP2733917B2 (ja) | 制振装置 | |
| Li et al. | Vibration control performance analysis and shake-table test of a pounding tuned rotary mass damper under the earthquake | |
| CN105484382B (zh) | 一种应用于核电站屏蔽厂房的摇摆多孔隔板吸能减振水箱结构 | |
| JP6636747B2 (ja) | 建物の制振構造 | |
| JP2017101516A (ja) | 免制振併用構造物 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |