CN107013418A - 一种机械式抑制大型风力发电机组共振的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抑制大型风力发电机共振的装置，特别是涉及一种机械式的，通过改变大型风力发电机组质量分布来改变风力发电机固有频率并消除共振的装置。装置能够实时采集发电机组的振动数据并作出应对。本装置不需对桨叶旋转部件进行调整，不会降低风能利用率。
Description
技术领域
本发明属于风力发电领域，特别是涉及一种抑制大型风力发电机组共振的装置。
背景技术
随着人们生活水平的提高，人们对于电能的需求也不断上升。依靠消耗煤炭、石油等化石能源来提供电力的方法虽然方便，但是却会导致雾霾、酸雨、固体燃烧垃圾等问题。为了减少对环境的破坏并使人类社会可持续的发展，人们对于太阳能、风能、潮汐能等清洁能源的重视程度越来越高。大型风力发电机通过桨叶来吸收高空气流的动能，具有发电密度大、设备维护简单、发电时间长等优点。
实践证明，高空气流带动发电机桨叶旋转会引起整套大型风力发电机组的振动。当高空气流引起的桨叶转动频率达到或接近整套发电机组的固有频率时，风力发电机组就会发生共振。共振状态下，发电机塔筒会剧烈振动，其振幅可以达到平时的几十倍以上，这对于风力发电机组的寿命是非常不利的。为避免共振的发生，目前常采取通过电磁变矩系统改变风力发电机桨叶的迎风角度和转矩、降低桨叶转速的方法来使风力发电机穿越共振带（专利公开号CN103187912A）。但是这种系统会增加发电机桨叶结构难度，增加了风力发电机旋转部件的负载，也会降低风力利用率。其实，理论认为物体的固有频率和质量分布有关。只要能根据风力发电机桨叶所引起的振动情况调整发电机组的质量分布，就能改变整套风力发电机组的固有频率并避免共振的发生。这种方法不必对桨叶转速加以控制，能够有效提高风能利用率并且不需要风力发电机桨叶的转矩调整系统，大大简化了桨叶的制造难度。
发明内容
为避免共振对大型风力发电机组的破坏。本发明提供了一种通过改变质量分布来改变大型风力发电机组固有频率、避免共振的装置。装置能够实时采集发电机组的振动数据并作出应对。本装置不需对桨叶旋转部件进行调整，不会降低风能利用率。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种机械式抑制大型风力发电机组共振的装置，其特征在于：包括配重套筒、行走支架、铰链、弹簧、行走轮、牵引绳、定滑轮、电机、振动感应器和振动信号处理器；其中，配重套筒上部和下部设置六个行走支架，配重套筒和行走支架通过铰链连接，弹簧一端连接于行走支架中部，另一端连接于配重套筒；行走支架的顶端设置有行走轮，牵引绳两端分别连接配重套筒和定滑轮，牵引绳不必垂直于地面，电机安装在定滑轮上，电机和振动感应器通过导线与振动信号处理器相连。
所述的振动感应器为MMAT7260QT加速度传感器。
所述的振动信号处理器为MAX197和AT89C51单片机。
所述的配重套筒和行走支架为金属材质。
所述的配重套筒的厚度为0.5米，高度为2米。
本发明的有益效果是：本发明能够实时感知大型风力发电机组的振动情况并及时调整发电机组的固有频率，避免共振的发生。本装置不需对风力发电机的桨叶转速加以控制，能够充分的利用风能，并且降低了桨叶旋转部分的制造难度，避免了不必要的风力发电机桨叶负载。
附图说明
图1是一种机械式抑制大型风力发电机组共振的装置的结构图；
图中， 1配重套筒，2行走支架，3铰链，4弹簧，5行走轮，6牵引绳，7定滑轮，8电机，9振动感应器，10振动信号处理器。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与效果易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。
如图1所示，一种机械式抑制大型风力发电机组共振的装置，其特征在于：包括配重套筒1、行走支架2、铰链3、弹簧4、行走轮5、牵引绳6、定滑轮7、电机8、振动感应器9和振动信号处理器10；其中，配重套筒1上部和下部设置六个行走支架2，配重套筒1和行走支架2通过铰链3连接，弹簧4一端连接于行走支架2中部，另一端连接于配重套筒1；行走支架2的顶端设置有行走轮5，牵引绳6两端分别连接配重套筒1和定滑轮7，牵引绳6不必垂直于地面，电机8安装在定滑轮7上，电机8和振动感应器9通过导线与振动信号处理器10相连。
所述的振动感应器9为MMAT7260QT加速度传感器。
所述的振动信号处理器10为MAX197和AT89C51单片机。
所述的配重套筒1和行走支架2为金属材质。
所述的配重套筒1的厚度为0.5米，高度为2米。
本发明的具体实施方式是：在大型风力发电机塔筒的顶部安装检测塔筒振动的振动感应器9，并实时的通过串口连接线把振动信号传递给振动信号处理器10。振动信号处理器10经过分析之后决定是否对电机8下达转动指令。在塔筒外侧加装一个配重套筒1，配重套筒1的重量要较大。为适应塔筒直径随高度的改变，配重套筒1上下两侧各安装三个对称分布的、具有较大强度的行走支架2。行走支架2一端通过铰链3连接配重套筒1，另一端连接行走轮5中心轴。每个行走支架2的内侧中部连接一个劲度系数较大的弹簧4，弹簧4另一端固定于配重套筒1端面。配重套筒1在风力发电机塔筒上升降时，行走支架2可以在铰链3和弹簧4的帮助下不断调整俯仰角度以使配重套筒1中心轴和发电机塔筒中心轴保持重合。配重套筒1依靠电机8、定滑轮7和牵引绳6改变在风力发电机塔筒上的高度。一旦振动信号处理器10发现发电机塔筒发生共振，立即对电机8下达启动指令。电机8带动定滑轮7旋转使牵引绳6的长度变化，并改变配重套筒1的高度。由于配重套筒1同发电机塔筒通过行走支架2和行走轮5紧密接触，配重套筒1位置的改变会影响大型风力发电机组的质量分布和固有频率。所以，无论发电机桨叶转动引起的振动如何，只要使固有频率始终避开桨叶振动频率，就都可以避免共振的发生。
Claims (5)
1.一种机械式抑制大型风力发电机组共振的装置，其特征在于：包括配重套筒（1）、行走支架（2）、铰链（3）、弹簧（4）、行走轮（5）、牵引绳（6）、定滑轮（7）、电机（8）、振动感应器（9）和振动信号处理器（10）；其中，配重套筒（1）上部和下部设置六个行走支架（2），配重套筒（1）和行走支架（2）通过铰链（3）连接，弹簧（4）一端连接于行走支架（2）中部，另一端连接于配重套筒（1）；行走支架（2）的顶端设置有行走轮（5），牵引绳（6）两端分别连接配重套筒（1）和定滑轮（7），牵引绳（6）不必垂直于地面，电机（8）安装在定滑轮（7）上，电机（8）和振动感应器（9）通过导线与振动信号处理器（10）相连。
2.根据权利要求1所述的一种机械式抑制大型风力发电机组共振的装置，其特征在于：所述的振动感应器（9）为MMAT7260QT加速度传感器。
3.根据权利要求1所述的一种机械式抑制大型风力发电机组共振的装置，其特征在于：所述的振动信号处理器（10）为MAX197和AT89C51单片机。
4.根据权利要求1所述的一种机械式抑制大型风力发电机组共振的装置，其特征在于：所述的配重套筒（1）和行走支架（2）为金属材质。
5.根据权利要求1所述的一种机械式抑制大型风力发电机组共振的装置，其特征在于：所述的配重套筒（1）的厚度为0.5米，高度为2米。
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