CN106567803A - 一种用于减弱风力涡轮机叶片边缘振动的圆管液体阻尼器 - Google Patents
一种用于减弱风力涡轮机叶片边缘振动的圆管液体阻尼器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于减弱风力涡轮机叶片边缘振动的圆管液体阻尼器，包括阻尼器腔体和填充在腔体内部的液体。阻尼器腔体为一环状圆管，圆管内装入适量液体，占据圆管内大部分空间，腔体内绕圆心设置若干环状挡板；整个阻尼器通过连接件与叶片刚性连接，安装在风力涡轮机叶片腹部空腔中靠近尖端处。在风力涡轮机旋转时，叶片中存在着较大的离心加速度，刚性的连接件将叶片的运动传递给阻尼器，使得阻尼器腔体中的液体产生晃动，并在液体表面形成波浪。晃动的液体和波浪将对腔体产生动压力差,液体运动也将引起惯性力,由动压力差和液体惯性力减弱叶片边缘的振动。同时，液体在绕过挡板在弯管中流动时会产生附加阻尼，增加了液体能量的耗散，提高了阻尼器的减振效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于减弱风力涡轮机叶片边缘振动的圆管液体阻尼器，在一个环状圆管中填充液体，并将圆管安装在风力涡轮机叶片腹部空腔靠近尖端处，通过阻尼器腔体中液体晃动产生的动压力差和惯性力减弱叶片边缘的振动，同时液体绕过挡板流动时会产生附加阻尼以耗能，控制叶片的振动，属于机械结构振动控制领域。
背景技术
风力涡轮机叶片的边缘振动控制是时下关注的研究领域，边缘振动不仅会引起结构疲劳破坏，导致越来越多的运转和修理费用，并且会干扰风能的转化。当今技术领域中，利用阻尼器减振的技术由于其概念简单、机理明确、减振效果显著而得到了高度重视。其中利用半主动调谐质量阻尼器控制叶片边缘振动的策略有较好的效果，但其对风能转化产生了较大的消极作用，并且构造较为复杂，需要较高的维护保养费用。在土木工程领域中，调谐液体阻尼器利用固定水箱中的液体在晃动过程中产生的动侧力来提供减振作用，构造简单且维护保养费用低。结合调谐液体阻尼器的特点，本发明将液体减振的原理运用到风力涡轮机叶片边缘振动控制中。圆管液体阻尼器圆形的构造可以减弱各个方向的振动。在风力涡轮机叶片中存在着较大的离心加速度，使得运用这种摆动性液体阻尼器成为可能，一些相当小的质量体也可以有效抑制边缘振动，同时，液体绕过挡板流动时会产生附加阻尼以耗散液体能量，提高了阻尼器的减振效率。且构造更为简单，维护保养费用更低，对实际工程减振具有重大意义。
发明内容
为减弱风力涡轮机叶片边缘振动，提高结构安全性能，本发明的目的在于提出一种用于减弱风力涡轮机叶片边缘振动的圆管液体阻尼器，将液体减振的原理加以运用，在叶片腹部空腔靠近尖端处安装该种阻尼器。阻尼器腔体为一环状圆管，圆管内装入适量液体，占据圆管内大部分空间，腔体内绕圆心设置若干环状挡板；整个阻尼器通过连接件与叶片刚性连接，安装在风力涡轮机叶片腹部空腔中靠近尖端处。在风力涡轮机旋转时，叶片中存在着较大的离心加速度，刚性的连接件将叶片的运动传递给阻尼器，使得阻尼器腔体中的液体产生晃动，并在液体表面形成波浪。晃动的液体和波浪将对腔体产生动压力差,液体运动也将引起惯性力,由动压力差和液体惯性力减弱叶片边缘的振动。同时，液体在绕过挡板在弯管中流动时会产生附加阻尼，增加了液体能量的耗散，提高了阻尼器的减振效率。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案。
本发明提出的一种用于减弱风力涡轮机叶片边缘振动的圆管液体阻尼器，包括阻尼器腔体单元1、液体2、挡板3和连接件4，其中：阻尼器腔体单元1为一环状圆管，所述阻尼器腔体单元1内装入适量液体2，阻尼器腔体单元1内绕圆心设置有若干环状挡板3，阻尼器腔体单元1上装有连接件４，圆管液体阻尼器通过连接件4与叶片刚性连接，且安装于风力涡轮机叶片腹部空腔中靠近尖端处；当风力涡轮机旋转时，叶片中存在着较大的离心加速度，刚性的连接件将叶片的运动传递给圆管液体阻尼器，使得阻尼器腔体单元１中的液体产生晃动，并在液体表面形成波浪。晃动的液体和波浪将对腔体产生动压力差，液体运动也将引起惯性力，通过动压力差和液体惯性力减弱叶片边缘的振动；同时，液体在绕过挡板在环状圆管中流动时会产生附加阻尼，增加液体能量的耗散，提高了阻尼器的减振效率。
本发明中，阻尼器腔体单元1的材质为不锈钢或其它抗锈蚀合金。
本发明中，所述液体2为水或甘油等粘滞度较小的液体中的一种或几种；液体2的体积占阻尼器腔体单元1体积的55-65%。
本发明中，所述挡板3为环状薄片，材质为不锈钢或其它抗锈蚀合金；挡板3宽度为环状圆管管径的8-12%，挡板３厚为3mm。
本发明中，连接件4为一十字交叉钢臂，中间交叉部位设有一钢轴，所述钢轴与叶片相连。
本发明中，阻尼器腔体单元1环状圆管外径根据风力涡轮机叶片内空腔尺寸确定，内外径比例为0.6-0.8，壁厚3-5mm。
本发明中，圆管液体阻尼器质量占单片叶片质量的2%-4%。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1）与现有应用的调谐质量阻尼器相比，本发明构造更简单，成本更低，采用环状圆管的外形，可在各个方向发挥减振作用；并且采用液体减振，适用频段更宽，更适应环境、工况的改变。
2）本发明采用摆动性液体阻尼器，在风力涡轮机叶片中存在着较大的离心加速度，使得一些相当小的质量体也可以有效抑制边缘振动，同时在管中设置有挡板，液体绕过挡板时会产生附加阻尼，增加了液体能量的耗散。
附图说明
图1为本发明用于减弱风力涡轮机叶片边缘振动的圆管液体阻尼器安装示意图；
图2为本发明用于减弱风力涡轮机叶片边缘振动的圆管液体阻尼器设挡板处管截面剖面图；
图中标号：1为阻尼器腔体单元，2为液体，3为挡板，4为连接件。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1：如图1所示，为本发明的用于减弱风力涡轮机叶片边缘振动的圆管液体阻尼器实施例，其主要包括阻尼器腔体单元1、液体2、挡板3、连接件4。
阻尼器腔体单元1是由3mm-5mm厚的不锈钢钢管焊接而成的环状圆管，通过连接件4与叶片相连，安装在风力涡轮机叶片腹部空腔中靠近尖端处。连接件4为一十字交叉钢臂，中间有一钢轴与叶片相连。管内填充的液体2为水、甘油等粘滞度较小的液体；阻尼器腔体1环状圆管外径根据风力涡轮机叶片内空腔尺寸确定，内外径比例为0.6-0.8，壁厚3-5mm；挡板3宽度为管径的10%左右，板厚3mm；管内填充液体2体积占腔体体积60%左右；整个阻尼器质量约占单片叶片质量的2%-4%。
Claims (7)
1.一种用于减弱风力涡轮机叶片边缘振动的圆管液体阻尼器，包括阻尼器腔体单元（1）、液体（2）、挡板（3）和连接件（4），其特征在于：阻尼器腔体单元（1）为一环状圆管，所述阻尼器腔体单元（1）内装入适量液体（2），阻尼器腔体单元（1）内绕圆心设置有若干环状挡板（3），阻尼器腔体单元（1）上装有连接件（４），圆管液体阻尼器通过连接件（4）与叶片刚性连接，且安装于风力涡轮机叶片腹部空腔中靠近尖端处；当风力涡轮机旋转时，叶片中存在着较大的离心加速度，刚性的连接件将叶片的运动传递给圆管液体阻尼器，使得阻尼器腔体单元（１）中的液体产生晃动，并在液体表面形成波浪，晃动的液体和波浪将对腔体产生动压力差，液体运动也将引起惯性力，通过动压力差和液体惯性力减弱叶片边缘的振动；同时，液体在绕过挡板在环状圆管中流动时会产生附加阻尼，增加液体能量的耗散，提高了阻尼器的减振效率。
2.根据权利要求1所述的用于减弱风力涡轮机叶片边缘振动的圆管液体阻尼器，其特征在于：阻尼器腔体单元（1）的材质为不锈钢或其它抗锈蚀合金。
3.根据权利要求1所述的用于减弱风力涡轮机叶片边缘振动的圆管液体阻尼器，其特征在于：所述液体（2）为水或甘油等粘滞度较小的液体中的一种或几种；液体（2）的体积占阻尼器腔体单元（1）体积的55-65%。
4.根据权利要求1所述的用于减弱风力涡轮机叶片边缘振动的圆管液体阻尼器，其特征在于：所述挡板（3）为环状薄片，材质为不锈钢或其它抗锈蚀合金；挡板（3）宽度为环状圆管管径的8-12%，挡板（３）厚为3mm。
5.根据权利要求1所述的用于减弱风力涡轮机叶片边缘振动的圆管液体阻尼器，其特征在于：连接件（4）为一十字交叉钢臂，中间交叉部位设有一钢轴，所述钢轴与叶片相连。
6.根据权利要求1所述的用于减弱风力涡轮机叶片边缘振动的圆管液体阻尼器，其特征在于：阻尼器腔体单元（1）环状圆管外径根据风力涡轮机叶片内空腔尺寸确定，内外径比例为0.6-0.8，壁厚3-5mm。
7.根据权利要求1所述的用于减弱风力涡轮机叶片边缘振动的圆管液体阻尼器，其特征在于：圆管液体阻尼器质量占单片叶片质量的2%-4%。
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