CN106703246A - 风力发电塔组合盆式混合调谐阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电塔组合盆式混合调谐阻尼器，其特征是设置构成阻尼器的阻尼单元是：一扁平圆柱形筒体，具有筒壁和底板，在筒壁的顶面连接有上法兰盘，在筒壁的底面连接上下法兰盘，在扁平圆柱形筒体中盛有阻尼液；扁平圆柱形筒体利用下法兰盘呈水平固定在工程结构的顶面；一质量块，底部安装有万向轮，质量块放置在圆柱形筒体的底板上，利用万向轮使质量块可以在底板上任意方向移动；在质量块的外周，均匀分布并呈发射状连接各弹簧，弹簧的另一端固定连接在圆柱形筒体的筒壁上，弹簧不少于三根。

Description

风力发电塔组合盆式混合调谐阻尼器

技术领域

本发明属于结构工程振动控制技术领域，具体涉及一种风力发电塔组合盆式混合调谐阻尼器。

背景技术

随着全球经济的发展，自然资源消耗不断增长，煤炭、石油、天然气等不可再生能源的大量开采和使用不仅对能源的持续供给形成了巨大压力，还带来了温室效应、酸雨、雾霾等环境问题。风力发电具有清洁无污染、单机容量大、经济效益好的优点，近年来受到世界各国的普遍关注，是目前最具发展潜力的新能源之一。近年来风电产业在世界范围内迅速发展，风电机组单机容量越来越大，在正常运行中因为叶轮的周期性转动，承受着周期性变化的疲劳荷载，振动引起的疲劳损伤积累对保证风力发电机组在设计寿命内正常工作十分不利，采取措施减小风力发电机组在外部激励下的动力响应对保证风电机组的正常运行、提高风能利用效率、改善主体结构疲劳问题和保障主体结构的安全至关重要，而振动控制是解决结构振动问题的一种有效方法。

风电机组作为一种高耸结构，在振动控制技术方面可以借鉴已有普通高层及高耸结构的振动控制方法。但是，风力发电机组又不同于普通的高层及高耸结构，其叶片作为风机能量转换的主要部件，也是风机的主要力源，作用在叶片上的空气动力、惯性力和弹性力等交变荷载不仅使叶片产生振动，还使塔架产生很大的动力响应。但是，风力发电机组内有电缆、安全绳索、爬梯、平台等配件，机舱内有齿轮箱、发电机和刹车装置等设备，可用空间非常有限，并且为了获取更大的能量，机舱会根据风速方向的变化自动偏航，因此，用在普通高层建筑和高耸结构中的阻尼器对于在风机塔架中进行安装不具有可行性。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，根据塔筒内可用的内部空间，提供一种风力发电塔盆式混合调谐阻尼器，以便能够在塔筒内有效安装，适应不同的荷载工况、适性其方向性，获得良好的经济性。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明风力发电塔组合盆式混合调谐阻尼器的结构特点是：设置构成阻尼器的阻尼单元是：

一扁平圆柱形筒体，具有筒壁和底板，在所述筒壁的顶面连接有上法兰盘，在所述筒壁的底面连接上下法兰盘，在所述扁平圆柱形筒体中盛有阻尼液；所述扁平圆柱形筒体利用下法兰盘呈水平固定在工程结构的顶面；

一质量块，底部安装有万向轮，所述质量块放置在圆柱形筒体的底板上，利用万向轮使所述质量块可以在底板上任意方向移动；在所述质量块的外周，均匀分布并呈发射状连接各弹簧，所述弹簧的另一端固定连接在圆柱形筒体的筒壁上，所述弹簧不少于三根。

本发明风力发电塔组合盆式混合调谐阻尼器的结构特点也在于：所述阻尼器是由多个阻尼单元层叠构成；在相邻的阻尼单元之间，以处在下层的阻尼单元中的上法兰盘与处在上层的阻尼单元中的下法兰盘固定连接，所述阻尼器是以处在最底层的阻尼单元中的下法兰盘呈水平固定在工程结构的顶面，处在最顶层的阻尼单元利用上法兰盘与封板固定连接，实现各层阻尼单元独立封闭。

本发明风力发电塔组合盆式混合调谐阻尼器的结构特点也在于：所述阻尼器是由多个阻尼单元相邻摆放，各阻尼单元中的下法兰盘呈水平固定在工程结构的顶面，各阻尼单元利用上法兰盘固定连接各自的封板，实现各阻层单元的独立封闭。

本发明风力发电塔组合盆式混合调谐阻尼器的结构特点也在于：通过设定质量块的质量和弹簧的刚度，使质量块在扁平圆柱形筒体内的振动频率与工程结构的振动基频相吻合形成调谐质量阻尼器TMD，使阻尼液的晃动频率与工程结构的振动基频相吻合形成调谐液体阻尼器TLD，以达到调谐的效果。

本发明风力发电塔组合盆式混合调谐阻尼器的结构特点也在于：设置所述阻尼单元中圆柱形筒体的直径D不超过600mm，以使得能够将各阻尼单元经风力发电塔塔筒上人孔置入塔筒内，并稳固安装在塔筒内平台上。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明中扁平圆柱形筒体随工程结构振动，质量块和阻尼液晃动受惯性作用与工程结构的运动相反，产生与工程结构运动方向正好相反的惯性力，弹簧产生拉伸和压缩变形耗能，质量块底部的万向轮与底板产生摩擦，惯性力、摩擦、弹簧的伸缩变形以及阻尼液的晃动共同作用形成对工程结构减振和耗能的效果。本发明能适应不同的荷载工况，并具备方向适应性和良好的经济性。

2、针对风机塔架受外界激励振动表现为360°的多方向性，本发明调谐质量阻尼器无方向限制，其万向轮支撑和弹簧的拉伸、压缩等使质量块的运动也表现为360°的多方向性，可随塔架振动随时改变方向。

3、本发明充分利用了调谐质量阻尼器TMD的可靠性和调谐液体阻尼器TLD对塔架振动的敏感性，适应风力发电塔不同的荷载工况，以单元的形式实现阻尼器在塔筒内的上下运输，具备安装条件。

附图说明

图1为本发明在风机上的相对位置图；

图2为本发明在风机平台上的布置示意图；

图3为本发明中阻尼单元立面结构示意图；

图4为本发明中阻尼单元平面结构示意图；

图5为本发明中阻尼单元层叠结构示意图；

图中标号：1扁平圆柱形筒体，2质量块，3阻尼液，4封板，5螺栓，6底板，7筒壁，8下法兰盘，9上法兰盘，10螺栓孔，11工程结构，12万向轮，13弹簧；21人孔，22平台，23阻尼单元，24塔筒，25电缆孔，26爬梯。

具体实施方式

参见图3和图4，本实施例中构成阻尼器的阻尼单元的结构形式是：

扁平圆柱形筒体1呈扁平圆柱状，由玻璃钢、金属合金、PVC或聚氨酯塑料等轻质高强材料制成，具有筒壁7和底板6，在筒壁1的顶面连接有上法兰盘9，在筒壁1的底面连接上下法兰盘8，上法兰盘9和下法兰盘8对于筒壁7也起到加强的作用；在扁平圆柱形筒体1中盛有阻尼液3；扁平圆柱形筒体1利用下法兰盘8呈水平固定在工程结构11的顶面。

质量块2，底部安装有万向轮12，质量块2放置在圆柱形筒体1的底板6上，利用万向轮12使质量块2可以在底板6上任意方向移动；在质量块2的外周，均匀分布并呈发射状连接各弹簧13，弹簧13的另一端固定连接在圆柱形筒体1的筒壁7上，弹簧13不少于三根，各弹簧13性能应一致，以使在振动之后质量块2能回到底板的平衡位置上。

如图5所示，具体实施中，阻尼器是由多个阻尼单元层叠构成；在相邻的阻尼单元之间，以处在下层的阻尼单元中的上法兰盘与处在上层的阻尼单元中的下法兰盘利用螺栓5贯穿螺栓孔10进行固定连接，阻尼器是以处在最底层的阻尼单元23中的下法兰盘呈水平固定在工程结构11的顶面，处在最顶层的阻尼单元利用上法兰盘与封板4固定连接，实现各层阻尼单元独立封闭。

具体实施中，如图2所示，阻尼器是由多个阻尼单元相邻摆放，各阻尼单元中的下法兰盘呈水平固定在工程结构11的顶面，各阻尼单元利用上法兰盘固定连接各自的封板4，实现各阻层单元的独立封闭。

通过设定质量块2的质量和弹簧13的刚度，使质量块2在扁平圆柱形筒体1内的振动频率与工程结构11的振动基频相吻合形成调谐质量阻尼器TMD，使阻尼液的晃动频率与工程结构11的振动基频相吻合形成调谐液体阻尼器TLD，以达到调谐的效果；为了使万向轮12移动平稳，底板6的平面应光滑，并由耐磨材料制成。

本发明中的组合式调谐质量阻尼器可以安装在风电塔的机舱顶部、内部或塔顶内平台上，如图1和图2所示，设置阻尼单元23中圆柱形筒体1的直径D不超过600mm，以使得能够将各阻尼单元23经风力发电塔塔筒上的人孔21置入塔筒24中，经爬梯26上下运输，稳固安装在塔筒内平台22上，图2所示的塔筒结构是，在塔筒24的中央为电缆孔25，平台22呈环形布置，各阻尼单元23也按平台22的形式在环形平台上进行布置；具体应用：

1、根据塔筒内机舱和平台的可用空间，确定阻尼器的形式，包括其位置和布置方案；

2、实测拟安装阻尼器的风机塔架的动力特性，获得其基频；

3、根据质量块运动频率和阻尼液晃动频率与结构基频相一致时减振效果最好的原则，确定组合式混合调谐阻尼器自振频率；

4、根据阻尼器自振频率确定单个质量块的质量、弹簧刚度和阻尼液高度，并根据质量块的尺寸和阻尼液高度，确定扁平圆柱形筒体的尺寸；自振频率由单个阻尼单元确定。

5、根据设定要达到的减振效果，确定质量块的总质量，总质量为单个阻尼单元中质量块的质量乘以阻尼单元的个数。

一般而言，所有质量块和阻尼液的总质量取为风机塔架一阶模态质量的1.0％～2.0％时，阻尼器的减振效果可达到20％-40％。

Claims (5)

1.一种风力发电塔组合盆式混合调谐阻尼器，其特征是设置构成阻尼器的阻尼单元是：

一扁平圆柱形筒体(1)，具有筒壁(7)和底板(6)，在所述筒壁(1)的顶面连接有上法兰盘(9)，在所述筒壁(1)的底面连接上下法兰盘(8)，在所述扁平圆柱形筒体(1)中盛有阻尼液(3)；所述扁平圆柱形筒体(1)利用下法兰盘(8)呈水平固定在工程结构(11)的顶面；

一质量块(2)，底部安装有万向轮(12)，所述质量块(2)放置在圆柱形筒体(1)的底板(6)上，利用万向轮(12)使所述质量块(2)可以在底板(6)上任意方向移动；在所述质量块(2)的外周，均匀分布并呈发射状连接各弹簧(13)，所述弹簧(13)的另一端固定连接在圆柱形筒体(1)的筒壁(7)上，所述弹簧(13)不少于三根。

2.根据权利要求1所述的风力发电塔组合盆式混合调谐阻尼器，其特征是：所述阻尼器是由多个阻尼单元层叠构成；在相邻的阻尼单元之间，以处在下层的阻尼单元中的上法兰盘与处在上层的阻尼单元中的下法兰盘固定连接，所述阻尼器是以处在最底层的阻尼单元中的下法兰盘呈水平固定在工程结构(11)的顶面，处在最顶层的阻尼单元利用上法兰盘与封板(4)固定连接，实现各层阻尼单元独立封闭。

3.根据权利要求1所述的风力发电塔组合盆式混合调谐阻尼器，其特征是：所述阻尼器是由多个阻尼单元相邻摆放，各阻尼单元中的下法兰盘呈水平固定在工程结构(11)的顶面，各阻尼单元利用上法兰盘固定连接各自的封板(4)，实现各阻层单元的独立封闭。

4.根据权利要求1、2或3所述的风力发电塔组合盆式混合调谐阻尼器，其特征是：通过设定质量块(2)的质量和弹簧(13)的刚度，使质量块(2)在扁平圆柱形筒体(1)内的振动频率与工程结构(11)的振动基频相吻合形成调谐质量阻尼器TMD，使阻尼液的晃动频率与工程结构(11)的振动基频相吻合形成调谐液体阻尼器TLD，以达到调谐的效果。

5.根据权利要求1所述的风力发电塔组合盆式混合调谐阻尼器，其特征是：设置所述阻尼单元中圆柱形筒体(1)的直径D不超过600mm，以使得能够将各阻尼单元经风力发电塔塔筒上人孔(21)置入塔筒(24)内，并稳固安装在塔筒内平台(22)上。