CN105471124A - 电机定子的吸振装置、电机定子及电机 - Google Patents

电机定子的吸振装置、电机定子及电机 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电机定子的吸振装置，其包括：支撑装置，其与电机定子支架固定连接；吸振频率调整装置，用于根据电机定子的振动频率调节吸振装置的固有频率；导向装置，用于引导吸振频率调整装置沿与电机定子振动方向相反的方向振动；所述吸振频率调整装置包括质量调节装置和弹性调节装置，所述质量调节装置调整吸振装置的固有频率，以与电机定子的振动频率相适应；所述弹性调节装置控制所述质量调节装置在平衡位置前后振动。本发明通过设计动力吸振装置，安装在电机定子的不同位置，达到抑制电机的振动和整机振动，从而减少电机因振动引起的运行故障，提高机组运行的可靠性。本发明还提供具有上述吸振装置的电机定子和电机。

Description

电机定子的吸振装置、电机定子及电机
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种用于减小风电机组的发电机振动的吸振装置、具有该吸振装置的电机定子及电机。
背景技术
可再生的能源中，风能是一种非常清洁的、有前途的能源。我国地面的风能储量为32.26亿kw，可开发的资源达2.53亿kw。大力发展风力发电具有一定的经济和社会效益。但是风力发电机在运转时的振动和噪声越来越不容忽视，成为风电行业发展亟需解决的问题。
现有技术中已有对降低风力发电机振动的相关研究，主要是通过改进塔架系统的振动、对定转子进行轴向限位或者通过控制系统调整发电机组桨距角、转矩、发电机转速等参数来实现对发电机振动的抑制。发明人通过反复的研究发现，现有的发电机的减振系统中上存在着不能从根本上抑制发电机大幅度振动，抑制振动时容易引起发电机失速、减振效果差的问题，而采用主动控制的方法，让机组在发生振动的转速区间内快速通过，会在一定程度损失机组的发电量；且机组在达到一定的振动幅度时才会触发主动控制，发电机仍存在振动的风险。因此减小发电机组的振动和噪音，从而减少发电机组因振动引起的运行故障，提高机组运行的可靠性是本领域的技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种电机定子的吸振装置、具有该吸振装置的定子及电机，其通过设计动力吸振装置，安装在电机定子的不同位置，达到抑制电机的振动和整机振动，从而减少机组因振动引起的运行故障，提高机组运行的可靠性。
为达上述目的，本发明提供一种电机定子的吸振装置，包括：一与电机定子支架固定连接的支撑装置；一安装在所述支撑装置上的吸振频率调整装置，用于根据电机定子的振动频率调节吸振装置的固有频率；一用于引导所述吸振频率调整装置沿与所述电机定子的振动方向相反的方向振动的导向装置；其中，吸振频率调整装置包括质量调节装置和弹性调节装置，质量调节装置调整吸振装置的固有频率，以与电机定子的振动频率相适应；弹性调节装置控制质量调节装置在平衡位置前后振动，抑制电机定子的振动。
进一步地，支撑装置包括底座和主支撑杆，主支撑杆可拆卸地连接在底座，支撑装置通过底座可拆卸地连接在所述电机定子支架上，优选地，底座上设置有凸台，主支撑杆装配在凸台上。
进一步地，底座安装在电机定子振动最大的位置，且安装在电机定子振动的主方向上，其中，电机定子振动最大的位置可以根据振动检测仪显示的监测数据确定。
进一步地，质量调节装置包括主质量调节块和微质量调节块，主质量调节块的质量大于微质量调节块的质量，主质量调节块由多块主质量块层叠而成，微质量调节块由多块微质量块层叠而成，主质量调节块与主支撑杆通过直线轴承装配连接，微质量调节块设置在主质量调节块上。多块主质量块和微质量块的层叠设置便于吸振装置频率的调整、安装以及后续的维护，主质量调节块与主支撑杆通过直线轴承装配连接。主质量调节块和微质量调节块可以为长方形、圆形、正方形等各种形状。
进一步地，导向装置包括至少一个第一导向杆，第一导向杆可拆卸地连接在底座上，第一导向杆与所述主质量调节块通过直线轴承装配连接，质量调节装置能够在主支撑杆和第一导向杆上往复运动。通过所述直线轴承和润滑降低主质量调节块与主支撑杆及第一导向杆之间的摩擦，降低系统的阻尼。
进一步地，主质量调节块上可拆卸地连接有第二导向杆，第二导向杆以主支撑杆为中心对称设置，以保持质量调节装置的重心平衡，微质量调节块固定装配在第二导向杆上。
进一步地，弹性调节装置包括第一压缩弹簧、第二压缩弹簧、弹簧支架及弹簧预紧力调节机构，第一、第二压缩弹簧分别安装在主质量调节块的两侧，支撑主质量调节块在平衡位置沿主支撑杆和第一导向杆往复振动。弹簧预紧力调节机构根据主质量调节块和微质量调节块的总质量调节第一、第二压缩弹簧的预紧力，保持主质量调节块和微质量调节块沿主支撑杆和第一导向杆平稳运动，降低疲劳强度，延长弹簧的使用寿命；主质量调节块和微质量调节块拉伸或压缩第一、第二弹簧，惯性力作用于电机定子机构，抑制电机定子的振动。
进一步地，弹簧预紧力调节机构为锁定螺母，弹簧支架为垫环，垫环分别设置在第一压缩弹簧、第二压缩弹簧的两端，垫环可拆卸地连接在主质量调节块两侧的主质量块上。主支撑杆端部销孔内设置有锁销，防止锁定螺母脱落，弹簧预紧力调节装置无法支撑质量调节装置在平衡位置运动，导致吸振装置失效。
在本发明的不同实施例中，可以根据电机定子的振动方向和振幅大小调整动力吸振装置在电机定子上的安装位置，根据电机定子振动需要抑制的量级水平，确定本发明主质量调节块的配置以及吸振装置安装组数，优选是成对安装；针对不同的振动方向，本发明动力吸振装置可以水平轴向安装，也可以竖直安装，也可以根据振动的主方向调整吸振装置的安装方向，只要保证吸振装置的安装方向与电机定子振动方向相反即能实现本发明减振的目的。
进一步地，本发明还提供一种电机定子，其定子支架上固定安装有至少一个上文所述吸振装置。
进一步地，本发明还提供一种电机，其电机定子支架上固定安装有至少一个上文所述吸振装置，所述吸振装置改变电机的振动特性，抑制电机的振动，降低电机组整机的振动，减少机组因振动引起的运行故障，提高机组的整体运行可靠性。
进一步地，本发明还提供一种风力发电机，其电机定子支架上固定安装有至少一个上文所述吸振装置。
上述技术方案具有如下有益技术效果：
本发明的吸振装置通过在电机定子上安装动力吸振装置，来改变电机的振动特征，从而抑制机组整机的振动。
传统上采用主动控制的方法，让机组在发生振动的转速区间内快速通过，在一定程度损失机组的发电量，且机组在达到一定的振动幅度时才会触发主动控制，本发明改变了传统的主动控制的方法，采用无阻尼吸振器的原理来降低电机本体的振动，即通过吸振装置中质量块的振动来吸收电机的振动能量，改变电机发生最大振动的频率，可以从源头上改变电机系统的振动特征。
本发明通过吸振装置安装在电机定子上，有效降低电机定子的振动，抑制电机整体振动和机组的振动，从而解决电机振动引起的疲劳失效，提高整机的可靠性。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1是电机定子上吸振装置的安装示意图；
图2是吸振装置的立体图；
图3是吸振装置的主视图。
其中，1-定子支架，2-吸振装置，3-底座，4-主支撑杆，5-主质量调节块，6-微质量调节块，7-第一导向杆，8-凸台，9-第一弹簧，10-第二弹簧，11-主质量块，12-微质量块，13-垫环，14-锁销，15-锁定螺母，16-垫环，17-直线轴承，18-第二导向杆。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施方式对本发明的技术方案作进一步的详细描述。应当理解，以下实施例仅用于解释和说明本发明，但不构成对本发明技术方案的限制。
如图1所示，本发明的实施例的电机定子的吸振装置2装配在电机定子支架1上。该电机定子的吸振装置2包括：与电机定子支架1螺栓连接的支撑装置，实现吸振装置2与定子支架1的固定连接；根据电机定子的振动频率调节自身固有频率的吸振频率调整装置；以及用于引导吸振频率调整装置沿与发动机振动方向相反的方向振动的导向装置。吸振频率调整装置包括质量调节装置和弹性调节装置，质量调节装置调整吸振装置的固有频率，以与电机定子的振动频率相适应；弹性调节装置控制质量调节装置在平衡位置前后振动。本发明的平衡位置是指吸振装置在静止状态下，质量调节装置在第一弹簧和第二弹簧弹力作用下所处的位置。
更加详细地，如图2、图3所示，本发明实施例的支撑装置包括底座3和主支撑杆4，底座3水平轴向安装在电机定子支架1上振动最大的位置，电机定子振动最大的位置可以根据振动检测仪显示的监测数据确定，底座3与电机定子支架1的连接可以采用螺纹连接，也可以采用焊接等其他能够实现将两者固定连接在一起的方式连接。主支撑杆4以螺纹连接的方式可拆卸地连接在底座3上，底座3上设置有凸台8，凸台8内部设有螺纹孔(图中未示出)，主支撑杆4螺纹连接在凸台8上，实现主支撑杆4和底座3之间可拆卸的连接，便于主支撑杆4的更换。主支撑杆4上部设置有供锁定螺母15旋紧的螺纹和供锁销14插入的孔，锁定螺母15用于调节第一、第二弹簧9，10的预紧力，锁销14的设置可以防止吸振装置在运行的过程中质量调节装置的脱落，保证运行的平稳性。
导向装置至少包括第一导向杆7，第一导向杆7可拆卸地连接在底座3上，质量调节装置的质量较小时，可以设置一个第一导向杆7，第一导向杆7与主支撑杆4对质量调节装置的运动进行约束，根据质量调节装置的质量情况也可设置多个第一导向杆7，便于实现质量调节装置的平稳滑动，提高系统的稳定性，优选地，设置两个第一导向杆7用以引导质量调节装置在主支撑杆4上往复振动。
较佳地，吸振频率调整装置包括质量调节装置和弹性调节装置，通过质量调节装置和弹性调节装置调整吸振装置的固有频率，以与电机定子的振动频率相适应。质量调节装置包括主质量调节块5和微质量调节块6，主质量调节块5由多个依次层叠的主质量块11构成，微质量调节块6由多个依次层叠的微质量块12构成，主质量调节块5的质量大于微质量调节块6的质量，吸振装置的固定频率与电机定子的振动频率差较大时调整主质量块11的个数，吸振装置的固定频率与电机定子的振动频率差较小时调整微质量块12的个数，如同调整天平的砝码一般，直至吸振装置的固定频率与电机定子的振动频率相适应。主质量块11和微质量块12的外形可以为长方形、圆形，也可以为正方形或环形，只要其质量能够满足减振的要求即可。
主质量调节块5设有供主支撑杆4穿过的第一通孔和供第一导向杆7穿过的第二通孔，第一通孔设置在主质量调节块5的中部位置，第二通孔设置在靠近主质量调节块5边缘的位置，其中第一通孔和第二通孔内均安装有直线轴承17，质量调节装置可以在主支撑杆4和第一导向杆7上滑动，由于滚动摩擦系数相对较小，系统阻尼较小，使得质量调节装置对振动的响应较为灵敏，能够及时有效地抵消电机定子支架的振动。
远离底座3一侧的主质量块11上可拆卸地固定连接至少一个第二导向杆18，该多个第二导向杆18以主支撑杆4为中心对称设置，以保持质量调节装置的重心平衡，微质量调节块6通过锁紧螺母固定装配在第二导向杆18上，实现质量调节装置总质量的微调。
弹性调节装置包括第一压缩弹簧9、第二压缩弹簧10、弹簧支架及弹簧预紧力调节机构，弹簧支架分别设置在第一、第二压缩弹簧9、10的两端，弹簧支架上同样设置有供主支撑杆4穿过的通孔，优选地弹簧支架为垫环13、16，垫环13、16分别设置在第一压缩弹簧9、第二压缩弹簧10的两端，垫环16可拆卸地连接在主质量调节块5两侧的主质量块11上，第一、第二压缩弹簧9、10通过垫环13、16压紧在主质量调节块5的两侧，垫环13、16的设置可以固定第一、第二压缩弹簧9、10的端部位置，减少弹簧与主支撑杆4和主质量调节块5的摩擦，降低系统阻尼，延长弹簧使用寿命。第一、第二压缩弹簧9、10支撑主质量调节块5在平衡位置沿主支撑杆4和第一导向杆7往复振动。
弹簧预紧力调节机构优选为锁定螺母15，也可以为其他能够调节弹簧预紧力的部件，第一、第二压缩弹簧9、10的预紧力根据主质量调节块5和微质量调节块6的总质量进行调节，第一、第二压缩弹簧9、10的端部连接有垫环13、16，锁紧螺母15通过垫环13、16压紧第一、第二压缩弹簧9、10，调整压缩弹簧的预紧力，预紧力的调整能够保持主质量调节块5和微质量调节块6沿主支撑杆4和第一导向杆7平稳运动，降低疲劳强度，延长弹簧的使用寿命；主质量调节块5和微质量调节块6拉伸或压缩第一、第二弹簧9、10，惯性力作用于电机的定子机构，从而抑制电机定子的振动。
该动力吸振装置的固有频率可以根据电机定子的振动频率进行调整，其主要调节方法为更换第一、第二压缩弹簧9、10和主质量调节块5，微调方式为调节微质量调节块6。例如当电机定子振动为9Hz左右时，动力吸振装置的频率为9Hz，主质量调节块和微质量调节块会产生和定子反相位的振动。即电机沿顺风方向振动，吸振装置沿逆风方向振动。
在本发明的不同实施例中，可以根据电机定子的振动方向调整动力吸振装置在电机定子上的安装位置，根据电机定子振动需要抑制的量级水平，确定本发明主质量调节块的配置以及吸振装置安装组数，优选是成对安装；针对不同的振动方向，本发明动力吸振装置可以水平轴向安装，也可以竖直安装，也可以根据振动的主方向调整吸振装置的安装方向，只要保证该吸振装置的安装方向与电机定子振动方向相反即能实现本发明减振的目的。
在另一实施例中，本发明提供了一种电机定子，其定子支架上固定安装有至少一个上述吸振装置。
在又一实施例中，本发明提供一种电机，该电机包括发电机和电动机，其中发电机可以是风力发电机，其电机定子支架上固定安装有至少一个上述吸振装置，该吸振装置改变发电机的振动特性，抑制发动机的振动，降低机组整机的振动，减少机组因振动引起的运行故障，提高发电机组的整体运行可靠性。
本发明实施例的电机定子的吸振装置的安装过程如下：
使用振动检测仪监测的数据确定电机定子振动较大的位置、振动的强度和主方向，将电机定子振动较大的位置作为本发明实施例的吸振装置的安装位置，将电机定子振动主方向的反方向作为本发明实施例的吸振装置安装的方向；根据电机定子的振动强度经计算确定电机振动需要抑制的量级水平，确定主质量调节块5和微质量调节块6的总质量以及需要安装的吸振装置2的组数。
将底座3沿着电机定子振动的主方向螺栓固定连接在电机定子支架1上；将主支撑杆4螺纹拧紧在底座的凸台8上，同时将第一导向杆7螺纹拧紧在底座3上；在主支撑杆4上顺序安装垫环13、第一压缩弹簧9、垫环16、主质量调节块5、垫环16、第二压缩弹簧10、垫环13、锁定螺母15，其中垫环16分别用螺钉固定在主质量调节块5两侧的主质量块11上，最后将锁销14插入主支撑杆4的端部销孔内；主质量调节块5同时安装在两个第一导向杆7上；主质量调节块5和主支撑杆4及第一导向杆7通过直线轴承17装配；微质量调节块6装配在第二导向杆18上，通过螺母旋紧在主质量块11上。按照相同的方法完成所需其它组吸振装置的安装。主质量调节块5和微质量调节块6分为多块结构层叠在一起，便于频率调整、安装及维护；电机定子振动频率与动力吸振装置调节频率适应，主质量调节块5和微质量调节块6沿主支撑杆4和第一导向杆7在平衡位置前后振动，弹簧被拉伸或压缩，质量块振动的惯性力作用于定子结构，抑制电机定子的振动。安装完毕后，对机组进行叶轮解锁和启机。
本发明实施例的吸振装置采用无阻尼吸振器的原理来降低电机本体的振动，即通过吸振装置中质量块的振动来吸收电机的振动能量，改变电机发生最大振动的频率，可以从源头上改变电机系统的振动特征。通过在电机定子上安装动力吸振装置，来改变电机的振动特征，从而抑制电机组整机的振动。
风力发电机通常为回转结构，与支撑轴之间通过法兰连接，其抵抗轴向变形能力较弱。本发明实施例通过动力吸振装置安装在发电机定子上，有效降低发电机定子的轴向振动，抑制发电机整体振动和机组的振动，从而解决电机振动引起的疲劳失效，提高整机的可靠性。
从仿真计算分析，在电机定子支架上安装6组60kg的动力吸振装置，其减振效果可以达到72％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但如前所述，本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看做是对其他实施例的排除，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种电机定子的吸振装置，其特征在于，其包括：
一支撑装置，其与电机定子支架固定连接；
一吸振频率调整装置，安装在所述支撑装置上，用于根据电机定子的振动频率调节吸振装置的固有频率；
一导向装置，用于引导所述吸振频率调整装置沿与所述电机定子的振动方向相反的方向振动；
其中，所述吸振频率调整装置包括质量调节装置和弹性调节装置，所述质量调节装置调整吸振装置的固有频率，以与电机定子的振动频率相适应；所述弹性调节装置控制所述质量调节装置在平衡位置前后振动。
2.根据权利要求1所述的吸振装置，其特征在于：所述支撑装置包括底座(3)和主支撑杆(4)，所述主支撑杆(4)可拆卸地连接在所述底座(3)上，所述支撑装置通过所述底座(3)可拆卸地连接在所述电机定子支架(1)上。
3.根据权利要求2所述的吸振装置，其特征在于：所述底座(3)安装在电机定子振动最大的位置，且安装在电机定子振动的主方向上。
4.根据权利要求1所述的吸振装置，其特征在于：所述质量调节装置包括主质量调节块(5)和微质量调节块(6)，所述主质量调节块(5)的质量大于微质量调节块(6)的质量，所述主质量调节块(5)由多块主质量块(11)层叠而成，所述微质量调节块(6)由多块微质量块(12)层叠而成，所述主质量调节块(5)与所述主支撑杆(4)通过直线轴承(17)装配连接，所述微质量调节块(6)设置在所述主质量调节块(5)上。
5.根据权利要求4所述的吸振装置，其特征在于：所述导向装置包括至少一个第一导向杆(7)，所述第一导向杆(7)可拆卸地连接在所述底座(3)上，所述第一导向杆(7)与所述主质量调节块(5)通过直线轴承(17)装配连接。
6.根据权利要求4所述的吸振装置，其特征在于：所述主质量调节块(5)上可拆卸地连接有第二导向杆(18)，所述第二导向杆(18)以所述主支撑杆(4)为中心对称设置，所述微质量调节块(6)装配在所述第二导向杆(18)上。
7.根据权利要求5所述的吸振装置，其特征在于：所述弹性调节装置包括第一压缩弹簧(9)、第二压缩弹簧(10)、弹簧支架及弹簧预紧力调节机构，所述第一、第二压缩弹簧(9，10)分别安装在所述主质量调节块(5)的两侧，支撑所述主质量调节块(5)在平衡位置沿所述主支撑杆(4)和所述第一导向杆(7)往复振动。
8.根据权利要求7所述的吸振装置，其特征在于：所述弹簧预紧力调节机构根据所述主质量调节块(5)和所述微质量调节块(6)的总质量调节所述第一、第二压缩弹簧(9，10)的预紧力。
9.根据权利要求8所述的吸振装置，其特征在于：所述弹簧预紧力调节机构为锁定螺母(15)。
10.根据权利要求9所述的吸振装置，其特征在于：所述弹簧支架为垫环(13,16)，所述垫环(13,16)分别设置在所述第一压缩弹簧(9)、所述第二压缩弹簧(10)的两端，所述垫环(16)可拆卸地连接在所述主质量调节块(5)两侧的所述主质量块(11)上。
11.根据权利要求10所述的吸振装置，其特征在于：所述主支撑杆(4)端部销孔内设置有锁销(14)。
12.一种电机定子，其特征在于，其定子支架上装配有如权利要求1-11中任一项所述的吸振装置。
13.一种电机，其特征在于，其定子支架上装配有如权利要求1-11中任一项所述的吸振装置。
14.一种风力发电机，其特征在于，其定子支架上装配有如权利要求1-11中任一项所述的吸振装置。
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