CN107461303A - 抑制围护结构振动的方法、设备以及塔筒的吊装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种抑制围护结构振动的方法、设备以及塔筒的吊装方法，该方法向塔筒的上风向来流射出射流，以在塔筒的高度方向上，扰动对应于塔筒上部迎风侧的至少一部分上风向来流。本方案向上风向来流进行射流，可减小风速和改变气动外形，增加阻力，达到减振效果；而且，可使围护结构出现气流分层现象，打乱上部旋涡脱落和下部旋涡脱落频率的一致性，阻止围护结构上部涡激诱发的振动；被射流扰动后，上风向来流具有一定的紊流强度，具有脉动性，不容易产生涡激共振。以上方式在减少涡激振动影响时，能够根据风速变化而调整，不会增加和围护成本；另一方面，射流气流的噪声较小；再者，射流扰动减振的方式，可以贯穿围护结构安装至使用的所有阶段，具有实际意义。

Description

抑制围护结构振动的方法、设备以及塔筒的吊装方法

技术领域

本发明涉及塔筒技术领域，具体涉及一种抑制围护结构振动的方法、设备以及塔筒的吊装方法。

背景技术

请参考图1-1，图1-1为风力发电装备构成示意图。

风力发电装备的基础为塔筒10，对整机起承载作用，起围护作用，作为示例，以一个圆形截面塔筒10为例，塔筒10可以是钢筒，也可以是钢筒与混凝土塔筒的组合。塔筒10承载着风力发电装备的机舱30、发电机、风轮机20。由风轮机20与发电机组成的风力发电机组完成获取风能并转化成电能的任务。转化成的电能经电力传输电缆40或电力输送母排传输，图中所示的电力传输电缆40从机舱30引出后由塔筒10顶部的电缆挡圈限位，电缆挡圈固定于电缆挡圈固定板50，然后经马鞍面支架60后沿塔筒100的内壁垂下至变流柜70处。塔筒10的下端还设有塔架门80。

转化获得的电能经过风力发电机组的开关柜控制，借助电力传输电缆40或电力输送母排导线输运至完成电力电能变换任务的变流器(在变流柜70内)，再经过变流器处理后可获得能与电网对接规则要求的电能。因此，风力发电装备的塔筒10可以说是是风力发电的塔杆，在风力发电机组装备中主要起支撑作用。

同时，塔筒10承载由机舱30、风轮机20、发电机产生的结构风荷载或由此引发的顺风向振动和横风向振动，即：风致结构振动问题。

请参考图1-2，图1-2为塔筒分段吊装的示意图。

塔筒10目前一般分段安装，如图2所示，作为举例，从下至上依次为第一塔筒段11、第二塔筒段12、第三塔筒段13、第四塔筒段14、第五塔筒段15。风力发电装备的安装过程中，首先将第一塔筒段11安装于塔筒10的地基基础90上，然后其他塔筒段被逐段吊装，在相互连接之后，塔筒10顶部(图2中的第五塔筒段15)与机舱30的偏航系统连接，机舱30与发电机对接，发电机(或齿轮箱)再与风轮机20对接。

具体吊装过程如下：

吊装塔筒10前，先清洁与第一塔筒段11连接的地基基础90的基础环，把多根螺栓(如120根)螺纹处抹油后放在基础环内圈处，同时将风力发电装备的控制柜吊入到基础环内；

对第一塔筒段11的上端安装吊具，此处由主吊承担对第一塔筒段11上端的吊起，也同时对第一塔筒段11的下端安装吊具，此处由塔筒辅吊承担吊起任务，两吊车同时起吊，当第一塔筒段11的高度大于第一塔筒段11最大直径后，主吊提升第一塔筒段11上端的高度，辅吊停下，当第一塔筒段11吊到垂直地面位置后把辅吊移开，卸掉第一塔筒段11下端的吊具；

将第一塔筒段11的法兰面连接好后，把螺栓从下往上穿，带好螺母后用电动扳手拧紧，至少对螺母实施拧紧3遍工序(等到整台风力发电装备吊装工序完成后，再用力矩扳手对塔筒连接螺母实施拧紧到要求的力矩值)；

其余的塔筒段与第一塔筒段11吊装过程相同，把最上段的塔筒段吊装完毕后，准备吊装机舱。

以上这些对接、连接的安装工序都在对风电场小地域环境局部风不可预测的情况下开展施工。因此，在吊装安装过程中，常会遇到大小变化不定的阵风或持续的小风，而如上所述，这些阵风或持续风有可能对塔筒诱发振动，破坏围护结构稳定、危及现场人身和设备的安全，推迟安装工期。例如，吊装第四塔筒段14后，第四塔筒段14存在振动，导致第五塔筒段15无法对准；甚至，紧固的螺栓可能会在震动作用下断裂，从而危及安全。

目前，风电行业吊装过程工程安全要求明确规定：风速大于6m/s时禁止叶片组吊装；风速大于8m/s时严禁机舱吊装；风速大于10m/s时严禁塔筒吊装。可见，现场吊装进度、安装工期明显受到局部区域风况的限制。对于高海拔、高山地域风电场的建设而言，工期更是容易受到影响。

请参考图2～图3-6，图2为现有技术中具有一定抑制振动功能的塔筒结构示意图；图3-1～图3-6分别为圆柱涡脱(绕流脱体)与雷诺数六个区间的关系示意图，雷诺数(Re)的六个区间从图3-1至图3-6分别是，Re﹤5、5＜Re﹤15、40＜Re﹤150、150＜Re﹤3×10⁵、3×10⁵＜Re﹤3×10⁶、Re＞3×10⁶。

根据物体结构周围气流绕流模式的不同，将结构分为钝体和像飞行器的机翼或船帆这样的流线体。

当Re﹤5时，流体流动将附着在圆柱体的整个表面上，即流动不分离。

当5＜Re﹤40时，流动仍然是对称的，但出现了流动分离，在背风面形成两个对称排列的稳定漩涡，随着雷诺数的增大漩涡向外拉长，发生畸形。

40＜Re﹤150时，从雷诺数Re＝40开始，漩涡将从圆柱体表面后方交替脱落，流入到圆柱体背后附近流体中形成剪切层，不稳定的剪切层很快卷成漩涡，向下游流动，形成卡门涡街，即涡激振动。此时的漩涡脱落是规则的，且具有周期性。

150＜Re﹤300时，是从层流向紊流过渡的转变期，此时周期性的漩涡脱落被不规则的紊流所覆盖。

300＜Re﹤3×10⁵时，称为亚临界区，圆柱体尾流在分离后主要表现为紊流尾流，漩涡脱落开始不规则，涡脱频率的周期可以大致定出，但涡脱时的干扰力将不再对称，而是随机的。

3×10⁵＜Re﹤3×10⁶时，称为超临界区，漩涡脱落点向后移动，已经无法辨认涡街，成了完全无周期的涡流。

3×10⁶＜Re，称为跨临界区，圆柱体后方尾流十分紊乱，但又呈现出有规律的漩涡脱落。

当均匀气流流经(横掠、绕流)钝体(圆柱体)时，在圆柱体横断面背后产生的周期性的漩涡脱落会对结构物(塔筒表面接触面)产生一个周期性变化的作用力——涡激力。被绕流的塔筒结构物下端与地下的地基基础构成单自由端振动体系(即塔筒的上端浸没在空气流中，塔筒最下端被固定在地基基础上)，当漩涡脱落频率与塔筒结构物的某阶自振频率相一致时，塔筒表面受到的周期性的涡激力(不平衡力)将引起塔筒体系结构的涡激共振(vortex-induced vibration)响应。

涡脱频率等于结构体系的塔筒及其基础振动体系的固有频率的条件，是在一定风速下才能满足的，但是固有频率为的塔筒及其基础振动体系将对漩涡的脱落产生某种反馈作用，使得涡脱的频率在一定的风速范围内被塔筒及其基础振动体系的振动频率所“俘获”，使其在这一风速范围内不随着风速的改变而改变，这种现象被称为锁定，锁定将扩大塔筒结构受涡激发生共振的风速范围。

现代大型MW级风力发电机组的塔筒高度可达60～100m，塔筒10顶部装有主机架、副机架、轮毂和叶片(即风轮机20)等主要部件。风力发电机组运行时，塔筒10受到的载荷除了顶部零部件产生的重力和风轮旋转产生的动载荷外，还要受到自然风的作用，包括顺风向和横风向两种作用形式。风吹动叶轮旋转时会对塔筒产生弯矩和力，这种由顺风向产生的弯矩和力是塔筒10发生破坏的主要原因。风绕过塔筒10时产生的涡流还会引起使塔筒10发生共振破坏的横向振动。

风吹过塔筒10时，尾流左右两侧产生成对的、交替排列的及旋转方向相反的反对称漩涡，即卡门漩涡。漩涡以一定频率脱离塔筒10，使塔筒10发生垂直于风向的横向振动，也称风诱发的横向振动，即涡激振动。当漩涡的脱离频率接近塔筒固有频率时，塔筒10容易发生共振而破坏。

图2中，在塔筒10外壁缠绕设置螺旋线10a(或螺旋板)，用来抑制塔筒10表面发生的旋涡脱落。其中，螺旋线10a(或螺旋板)在不同的螺距布置时，有不同的横向振荡抑制效果；螺旋线10a高度增加利于破坏涡街发放周期，涡街生成及发放更不规则，利于抑制涡激振动，同时噪声、塔筒前后产生的阻力也逐渐增大，沿着风向俯仰振动幅度会增大。

上述技术方案存在下述技术问题：

空气流的风速会变化，如果将螺旋线10a(或螺旋板)的特征参数(螺距、高度)加工为根据空气流的风速变化而变化，则相应的制造成本、维护成本会大幅增加；

螺旋线10a(或螺旋板)在塔筒表面的覆盖率会影响横向振荡抑制效果，覆盖率达到(或超过)50％时，抑制横向振动的效果达到最佳，但此时螺旋线10a(或螺旋板)与空气流的风致噪声对自然环境生物的严重影响是生态法规所不允许的；

安装螺旋线10a(或螺旋板)仅仅用在吊装阶段，意义降低，失去了很多，考虑长期运行使用，受装置成本和环境保护的要求，难以适应风速的变化、对应不同的风速，即：在不同的风速下都能发挥作用是难以做到的。

有鉴于此，如何改善风力发电装备安装受到区域风况限制的情况，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种抑制围护结构振动的方法、设备以及塔筒的吊装方法，该方法和设备能够抑制振动，改善围护结构安装受到区域风况限制的情况。

本发明提供的抑制围护结构振动的设备，包括能够向所述围护结构的上风向来流射出射流的射流装置，扰动对应于所述围护结构上部迎风侧的至少一部分上风向来流。

可选地，所述射流装置直接或间接地设于所述围护结构外部地基，或设于所述围护结构的外壁，并从下向上射出射流。

可选地，所述射流装置设于所述围护结构的外壁，且在高度方向上，处于所述围护结构的中部。

可选地，所述射流装置包括多个喷射流体的射流管，多个所述射流管沿所述围护结构外壁环周分布。

可选地，所述射流管与所述围护结构的外壁匹配，以使所述射流管射出的射流能够扰乱所述围护结构的边界层气流。

可选地，所述射流装置包括提供射流流体的输送管路，所述输送管路贯穿所述围护结构的侧壁以输送流体至所述射流管。

可选地，所述射流装置包括至少两个喷射流体的射流管。

可选地，所述射流管射出射流，所述射流管之间形成有预定距离，以使上风向来流能够自相邻所述射流管的所述射流的前段之间流向所述围护结构，且相邻所述射流的后段能够汇合。

可选地，所述射流管设于所述围护结构的外部地基；

所述射流管绕所述围护结构环周分布；或，所述射流管分布于所述围护结构的迎风侧，且还设置轨道，所述上风向来流方向变动时，所述射流管能够沿所述轨道移动，以使其能够始终向所述上风向来流射出射流。

可选地，所述轨道为圆形轨道或弧形轨道，所有的所述射流管呈弧形分布于所述圆形轨道或所述弧形轨道。

可选地，所有的所述射流管沿直线分布，且各所述射流管均安装于一安装座，所述安装座能够沿所述轨道移动。

可选地，相距最远的两根所述射流管之间的间距大于所述围护结构顶部直径。

可选地，所述射流装置包括喷射流体的射流管，所述射流管设有加速所述射流流速的收缩段，和/或，

所述射流管包括若干依次连接的管段，各所述管段之间螺纹连接，且沿所述射流方向，所述管段管径渐缩。

可选地，所述射流装置包括喷射流体的射流管，所述射流管从下向上射出所述射流，且向上风向来流方向倾斜设置。

可选地，所述射流装置包括喷射流体的射流管，所述射流管喷射的射流包括旋转射流，或直流射流，或能够汇合的旋转射流和直流射流。

可选地，所述射流管末端的内腔设有环形旋流通道，所述环形旋流通道的中部为直流通道。

可选地，还包括对射流的流体进行加热的加热器，以使与加热后的所述射流流体接触或混合的上风向来流的密度降低，打破围护结构表面处加热的上风向来流与未加热上风来流的相关性。

可选地，还包括工作控制器(207)，以及检测所述围护结构所在地空气的风速和风向的风速检测仪、风向检测仪，所述工作控制器(207)根据检测的所述风速、风向控制所述射流的流速和射流方向；

或，

还包括工作控制器，以及检测所述围护结构所在地空气的风速和风向的风速检测仪、风向检测仪，检测所述围护结构振动幅度的振动检测仪；所述工作控制器根据检测的所述风速、所述风向以及所述振动幅度，控制所述射流的流速和射流方向；

或，

还包括工作控制器、对射流的流体进行加热的加热器、检测所述围护结构振动幅度的振动检测仪，以及分别检测所述围护结构所在地空气的风速、风向、空气温度的风速检测仪、风向检测仪、温度传感器；所述工作控制器根据所述风速、所述风向、所述空气温度，以及所述振动幅度，控制所述射流的流速和射流方向，以及加热的温度。

可选地，所述围护结构为塔筒、电视塔，或测风塔；所述塔筒包括海上风力发电机组的塔筒，所述射流的流体为海水。

本发明还提供一种抑制围护结构涡激振动的方法，向围护结构的上风向来流射出射流，扰动对应于所述围护结构上部迎风侧的至少一部分上风向来流。

可选地，所述射流扰动至少一部分上风向来流，以改变被扰动的上风向来流的流速，并间接改变围护结构的气动外形，打破上风向来流的上下相关性，抑制涡激振动。

可选地，射出射流时，自围护结构的外部地基或围护结构的外壁，从下向上射出。

可选地，从下向上射出射流时，向上风向来流方向倾斜射出。

可选地，在所述围护结构的迎风侧，设置至少两个射流点。

可选地，相邻射流点形成的射流的前段具有预定间距，射流的后段相汇合。

可选地，所述射流点能够移动，所述上风向来流方向变动时，移动所述射流点，使其能够始终向所述上风向来流进行射流。

可选地，射流包括旋转射流，或直流射流，或能够汇合的直流射流和旋转射流。

可选地，还包括：对所述射流的流体进行加热处理，以使与其接触或混合的上风向来流的密度降低，打破加热的上风向来流与未加热(段或节围护结构表面上风来流的相关性。

可选地，检测所述围护结构所在地的空气温度，根据所述空气温度控制所述射流的加热温度。

可选地，形成所述射流的流体为气体或水。

可选地，检测所述围护结构所在地空气的风速和风向，以控制所述射流的流速和射流方向；

或，

检测所述围护结构所在地的风速、风向，以及所述围护结构的振动幅度，根据所述风速、所述风向以及所述振动幅度，控制所述射流的流速和射流方向；

或，

还对所述射流的流体进行加热处理，检测所述围护结构所在地的风速、风向、空气温度，以及所述围护结构的振动幅度，根据所述风速、所述风向、所述空气温度，以及所述振动幅度，控制所述射流的流速和射流方向，以及加热的温度。

本发明还提供一种吊装塔筒的方法，塔筒包括若干塔筒段，安装塔筒时对塔筒进行分段吊装，其特征在于，在吊装过程中，向塔筒的上风向来流进行射流，扰动对应于所述塔筒上部迎风侧的至少一部分上风向来流，然后吊装对应的塔筒段。

可选地，在吊装前进行射流直至吊装结束；或，在吊装位于上部的所述塔筒段时，进行射流直至吊装结束。

据此，上述技术方案向上风向来流进行射流，以扰动气流后，能够减小塔筒振动，分析如下：

1、当上风向来流受射流阻止后，混合气流整体上扬，水平方向速度减小，则根据振幅公式，涡激共振的振幅得以减小，也就能够达到一定的减振效果。

2、上风向来流与射流形成混合气流绕流塔筒时，获得气动外形的变化，塔筒相对绕流气流变得流线型后的空气动力系数变小，可以理解为阻力得以降低，从而也可以降低涡激共振振幅，减小振动。

3、在上风向来流接触到塔筒迎风面之前，本方案在上风向来流与塔筒迎风面之间引入射流干扰上风向来流。则射流与上风向来流混合(相邻射流管的射流也会混合)后形成局部紊流气流，局部紊流气流的脉动成分破坏了整体上风向气流的相关性，使得塔筒的气动外形对混合后的紊流来流的反馈能力降低。将塔筒上下部区域流场绕流气流紊流程度低，出现上下分层现象，从而阻碍了上部塔筒后方两侧漩涡的形成，打乱了上部旋涡脱落和下部旋涡脱落频率的一致性，从而使得它们共同作用削弱，降低或阻止了塔筒外表面边界层绕流脱体时涡激共振响应，也就阻止了塔筒上部涡激诱发的振动。

概言之，射流干扰可以配合上风向来流风速的变化，破坏整体上风向来流的相关性，抑制振动的诱发。

4、当上风向来流被射流扰动后，具有一定的紊流强度，则上风向来流中已经具有各种频率成分的能量，这些能量分散性较大，具有脉动性，上风向来流中已携带各种能量的漩涡，气流经过塔筒外表面时，塔筒外表面对上风向来流的整合作用是发生在上风向来流中已经有漩涡基础上的。因此，在杂乱无章的上风向来流基础上再将上风向来流改造成与塔筒振动基频相同的漩涡是不容易的客观事实，也就不容易产生涡激共振。

以上方式在减少涡激振动影响时，相较于背景技术中的螺旋线方式，一方面射流的气流易于改动，从而能够根据风速变化而调整，不会增加和围护成本。另一方面，相较于螺旋线与空气流的风致噪声(螺旋线一旦定型、固定后不可控制，只要有风，就会产生噪声，相应地也会增加结构阻力)，射流气流的噪声是可以主动控制调节，操作过程可以是短时间、临时为抑制振动操作而产生的，可以间断实施，从而满足生态法规要求；再者，射流扰动减振的方式，可以贯穿塔筒安装至使用的所有阶段，具有实践意义。

附图说明

图1-1为风力发电装备构成示意图；

图1-2为塔筒分段吊装的示意图；

图2为具有一定抑制振动功能的塔筒结构示意图；

图3-1～3-6分别为圆柱涡脱(绕流脱体)与雷诺数六个区间的关系示意图；

图4为本发明所提供一种具体实施例的结构示意图，塔筒底部的外部地基位置设有抑制塔筒振动的设备；

图5为图4的俯视图；

图6为图4中射流管射流与上风向来流汇合的示意图；

图7为翼形攻角示意图；

图8为图4中上风向来流攻角改变的示意图；

图9为图4中上风向来流被射流扰动后的气动外形变化的示意图；

图10为图4中射流与上风向来流汇合前的示意图；

图11为三种不同气动外形的示意图；

图12为塔筒外表面斯托罗哈数与雷诺数的关系示意图；

图13为本发明所提供另一种具体实施例的结构示意图，塔筒中部设有抑制塔筒振动的设备；

图14为图13的俯视图；

图15为塔筒外部地基的射流装置设置八根射流管的结构示意图；

图16为图15的俯视图；

图17为射流装置中射流管能够移动的示意图，射流管位于塔筒的正西，上风向来流自西向东；

图18为图17中射流管移动至塔筒正南的示意图，上风向来流自南向北；

图19为图17中射流管移动至塔筒西南向的示意图，上风向来流自西南向东北；

图20为三根可移动的射流管呈直线分布的结构示意图；

图21为两根可移动的射流管呈直线分布的结构示意图；

图22为射流管向上风向来流倾斜的示意图；

图23为图4中多根射流管的结构示意图；

图24为带有环形旋流通道的射流管的结构示意图；

图25为图24的横截面示意图；

图26为本发明所提供抑制塔筒振动的控制框图。

图1～图3-3中附图标记说明如下：

10塔筒、11第一塔筒段、12第二塔筒段、13第三塔筒段、14第四塔筒段、15第五塔筒段、10a螺旋线、20风轮机、30机舱、40电力传输电缆、50电缆挡圈固定板、60马鞍面支架、70变流柜、80塔架门、90地基基础；

图4-图26中附图标记说明如下：

100塔筒、101第一塔筒段、102第二塔筒段、103第三塔筒段、104第四塔筒段、105第五塔筒段；

201气体升压装置、202射流管、202’射流、202a分段、202b收缩段、202c环形旋流通道、202d直流通道、203圆形轨道、204流体分配母管、205振动检测仪、206流速测量仪、207工作控制器、208空气过滤器、209振动信息无线接收器、210加热器、211流体分配支管；

300外部地基、400地基基础。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图4，图4为本发明一种具体实施例的结构示意图，塔筒底部的外部地基位置设有抑制塔筒振动的设备；图5为图4的俯视图。

如图4所示，塔筒100安装于地基基础400，塔筒100由五段塔筒段从下至上依次相接形成，分别为图中所示的第一塔筒段101、第二塔筒段102、第三塔筒段103、第四塔筒段104、第五塔筒段105，可以理解，塔筒100分段并不限于五段。

抑制塔筒100振动的设备包括设在塔筒100外部的射流装置，射流装置具体在本实施例中，包括射流管202，射流管202用于射出射流202’，即喷射流体。射流(jet)，指流体从管口、孔口、狭缝射出，或靠机械推动，并同周围流体掺混的一股流体流动。射流202’一般为紊流流型，具有紊动扩散作用，能进行动量、热量和质量传递。

图5中显示出四根射流管202，且设于塔筒100外部地基300上，绕塔筒100环周设置。这里射流管202射出的流体为气体，具体可以是空气，空气具有易于获取、成本较低的优势，也可采用其他气体。另外，设于塔筒100外部地基300，并非限定于直接安装在地面，可以是地面，也可以是地面之上的平台，这里主要是说明安装在塔筒100的外部，与塔筒100独立，区别于安装至塔筒100本身的实施例(下文图12所示的实施例)。如图5所示，射流装置还包括气体升压装置201(如压气机、空压机)，用于向射流管202输送加压气体，形成射流202’。为了维持气体升压装置201正常工作，射流管202能够顺利地射出射流202’，还配设有空气过滤器208，空气经空气过滤器208过滤后再进入气体升压装置201中，可以阻止自然环境空气流中在不同季节时段工作可能携带的雨水、雪、沙尘、絮状物进入气体升压装置201，从而避免损坏气体升压装置201，保证气体升压装置201的工作运行。另外，设置多根射流管202时，可以设置流体分配母管204，由流体分配母管204向多根射流管202提供射流介质，使管路连接更为简单，同时对气流起到均流作用。

射流装置向塔筒100的上风向来流射出射流202’，图4中，射流管202从下向上射出射流202’，上风向来流以水平方向为例，此时，射流管202形成的射流202’呈柱状朝上延伸并逐渐扩散，与上风向来流接触，以扰动上风向来流。

请参考图6，图6为图4中射流管202射流202’与上风向来流汇合的示意图。

从图6可看出，当射流管202向上射出射流202’时，射流202’会阻止上风向来流，改变上风向来流的流速大小以及方向，故上风向来流与射流202’混合后，会出现浮升、减速、向上蓄积，倾斜向上绕流塔筒100的现象，尤其图6在塔筒100上部所示的流场A区域位置。在解释扰动上风向来流以减小振动具体原理的过程中，会涉及“攻角”、“气动外形”等专业术语，下文一并作阐释。

具体原理可以参考图7、图8，图7为翼形攻角示意图；图8为图4中上风向来流攻角改变的示意图。

攻角(英文：AttackAngle)，有时也称迎角。对于翼形截面S来说，攻角α定义为翼弦L与上风向来流速度(图7显示为左右水平方向)之间的夹角，抬头为正，低头为负。如图8所示，对于塔筒100而言，上风向来流与水平方向的夹角即为攻角α。

气动外形(AerodynamicConfigurations)是指在气体介质中运动的物体为减少运动阻力，而采用的适合在该介质中运动的外形。气动外形主要是针对导弹、飞机等飞行器而提出的概念，本实施例则应用于塔筒100。气动外形具体是指上风向来流绕流塔筒壁时，在三维时空坐标系中，在壁面形成的无限薄的包围面，包围面的起始点是空气流接触塔筒固体表面形成的驻点以及驻点连成的线，气流绕流外壁形成轨迹，若干条轨迹构成面，由这些面围成空间，在这里绕流气流产生顺风向一定的仰角，轨迹就会偏离塔筒外形(即圆形)，向椭圆形变化，只是椭圆形轨迹垂直向下(地面)投影，仍然是圆，但是，上风向来流有仰角后在与塔筒接触(即：流固耦合过程)的过程已经不同于水平绕流圆形塔筒，间接改变了塔筒与上风向气流流固耦合过程的气动外形。

如图9所示，图9为图4中上风向来流被射流202’扰动后的气动外形变化的示意图；图10为图4中射流202’与上风向来流汇合前的示意图；图11为三种不同气动外形的示意图。

当上风向来流方向改变时，气动外形随之改变，上风向来流方向水平时，气动外形是圆形，当向上倾斜时，气动外形将会呈椭圆形。图9中，C区域流场对应的气动外形是椭圆形，基于射流202’自上之下的速度变化、汇合等情况，引起的气动外形变化也不尽相同，随着高度的上升，椭圆形的气动外形也有微小的变化。图11中，最左侧显示圆形气动外形，零攻角，属于钝体；中部显示为椭圆形外形，攻角相对较小，已经偏离钝体；最右侧显示为椭圆形外形，长短轴比值相较于中部更大，攻角相对较大，流线型化，图11中以100’指代气流绕流塔筒100时的气动外形。

应知，浸没在流体中的塔筒100结构物，由于流体(如：风电场的空气流)流经或横掠塔筒100结构的外表面时所产生的空气流旋涡从塔筒100(属于钝体)两侧交替脱落离开塔筒100表面导致的不平衡受力，将会在塔筒100两侧漩涡脱落处产生一个指向该侧的横向力，交替的脱落旋涡以这种方式使塔筒100结构作近似于简谐(即正弦)横风向(塔筒100上部、中部牵引下部的)强迫振动，称为涡激共振。即背景技术中所提到的卡门涡街现象诱发振动产生的涡激共振。

当塔筒100结构物发生涡激共振时，作用于塔筒100结构外表面上的涡激力(即不平衡受力)近似为一个简谐力F(t)：

F(t)＝F₀sinωt (1)

式中：ω(Re，St)为旋涡脱落的频率，ωt整体为变量；

Re是雷诺数，St是斯托罗哈数；

F₀为涡激力振幅值，F₀＝(ρU²/2)CD；

ρ为塔筒100上风向来流密度；

U为塔筒100上风向来流风速；

C为塔筒100结构截面的空气动力系数；空气动力系数也称风载体型系数，它是风在工程结构表面形成的压力(或吸力)与按来流风速算出的理论风压的比值。它反映出稳定风压在工程结构及建筑物表面上的分布，并随建筑物形状、尺度、屏蔽状况以及气流方向等而异；

D为塔筒100结构外表面被流体横掠时的特征尺度，是流体经过障碍物、绕流障碍物时的障碍物面对流体形成的空间结构的特征尺度，是传热学领域通用术语。本实施例中，是指围护结构(这里是塔筒外表面形状)与流体接触面(这里是空气流)的特征尺度，通常取垂直于风向的结构宽度，塔筒100在相应高度处的外径。

涡激力引起的塔筒100结构横向振幅变化为：

式中：K为塔筒100结构体系(可以包括机舱)的刚度；

δ为对数衰减率(大约0.05)。

当上风向来流的风速达到一定合适的数值、并持续作用一段时间后，塔筒100结构可能发生涡激共振，此时振动的振幅A：

可以看出，当结构的截面尺寸已定，可提高刚度K或增大阻尼来降低涡激共振振幅，比如减小空气动力系数C、减小上风向来流密度ρ。

上式的即斯脱罗哈数，斯托罗哈数的定义描述了漩涡脱落频率、风速和圆柱体直径之间的关系。

式中：f为涡脱频率，Hz；

U为塔筒100上风向来流风速；

D为塔筒100结构外表面被流体横掠时的特征尺度。

D在本实施例中指塔筒100不同高度处的外径。此外径会变化，当上风向来流非水平，而是以一定倾角的方式绕流塔筒100时，绕流塔筒100外围的路径形成近似椭圆，如上述气动外形的描述，这时特征尺寸D就为气动外形椭圆的当量直径(传热学专门术语，是一种假想的圆形截面的直径，即非圆形截面按照周长折算成圆形截面后的直径)。此时，被流体润湿或与流体接触的边界变得更加流线型化，远离钝化。从振动形式上看，涡激共振是带有自激与强迫双重性质的限幅振动。

斯托罗哈数可以根据雷诺数获取，与雷诺数的关系可以参考图12，图12为塔筒外表面斯托罗哈数与雷诺数的关系示意图，横轴为雷诺数，纵轴为斯托罗哈数。雷诺数达到2×10⁵之前，斯托罗哈数为常数0.20；之后，随着雷诺数增大，斯托罗哈数先跳到0.30，再增加至0.43，随后当雷诺数等于2×10⁶时又降到0.2。因此，斯托罗哈数、D、U均是可以获得的参数，f也可以根据斯托罗哈数的公式计算获得，相应地，振幅A也可以计算获得。

据此，本实施例向上风向来流射出射流202’，以扰动气流后，能够减小塔筒100振动，达到减振效果的原理分析如下：

1、当上风向来流受射流202’阻止后，混合气流整体上扬，水平方向速度减小，即上述公式中U减小，St增大，相应地，涡激共振的振幅A得以减小，也就能够达到一定的减振效果。

2、上风向来流与射流202’形成混合气流绕流塔筒100时，获得气动外形的变化，塔筒100相对绕流气流变得流线型后的空气动力系数C变小，可以理解为阻力得以降低，从而也可以降低涡激共振振幅A，减小振动。

可进一步量化分析，当气动外形变成椭圆形时，空气动力系数C能够从一般的1.2降低到0.6左右，甚至更小(0.5)，大幅降低阻力，减小振动。形象理解，当上风向来流水平掠过塔筒100时，与塔筒100外表面接触的为圆形气动外形，属于钝体，风向需要突变，将引起较大不平衡力，而攻角改变后，气动外形为椭圆形，流体(即空气流)沿着塔筒100表面向后(即：下风向)运行轨迹被拉长，流体与塔筒100外壁接触的角度发生变化，由于空气流上扬，使得接触角度变小，基于风向缓慢变化，益于抑制空气流绕流塔筒100外壁的绕流脱体现象的发生，从而抑制塔筒100横风向不平衡力的产生，减小空气流与塔筒100外壁耦合过程不平衡力产生的振动。

3、在上风向来流接触到塔筒100迎风面之前，本实施例在上风向来流与塔筒100迎风面之间引入射流202’干扰上风向来流。则射流202’与上风向来流混合(相邻射流管202的射流202’也会混合)后形成局部紊流气流，如图6所示，局部紊流气流的脉动成分破坏了整体上风向气流的相关性，使得塔筒100的气动外形对混合后的紊流来流的反馈能力降低。

图6中，上风向来流向上蓄积到塔筒100上部流场A区域，即该区域的绕流气流含有射流202’气流的大量汇集，质量含量较大，而塔筒100下部分B区域的绕流气流没有蓄积，不同射流管202之间又会有间距，则下部分的气流多数是上风向来流穿过相邻射流管202之间空挡的气流，整体上，上部A区域流场绕流气流速度低、紊流度高，下部B区域流场绕流气流紊流程度低，即出现上下分层现象，从而阻碍了上部塔筒100后方两侧漩涡的形成，打乱了上部旋涡脱落和下部旋涡脱落频率的一致性，从而使得它们共同作用削弱，降低或阻止了塔筒100外表面边界层绕流脱体时涡激共振响应，也就阻止了塔筒100上部涡激诱发的振动。

概言之，射流202’干扰可以配合上风向来流风速的变化，破坏整体上风向来流的相关性，抑制振动的诱发。

相关性是脉动风的重要特征，在这里它与空间两点(Z₁、Z₂)的脉动风速或塔筒100表面不同高度的两点的脉动压力有关。

相关系数ρ定义为

在两个不同高度处(Z₁、Z₂)，脉动风速的协方差定义如下：

因此，协方差是两个高度处脉动风速乘积的时间平均。等式右侧的每个风速值都减去了各自的平均值和

在数学上，标准差的公式可写成：

式中U(t)——平均风速方向上的风速分量，其等于

u(t)为顺风向湍流分量，即平均风速方向上的脉动风速分量。

分子表示塔筒100在两个不同高度处有不同的风速，脉动风速的协方差。

协方差是两个高度处脉动风速乘积的时间平均。

湍流的总体强度可以用风速标准差或者均方根来衡量，从风速中减去平均分量，然后用偏差来量化剩余部分，对偏差平方后在做平均，最后开方，得出一个具有风速单位的物理量，获得标准差。由相关系数定义式，不同高度处风速的协方差除以标准差得到不同高度两处风速之间的相关性系数，相关性越小越好，阻碍旋涡形成后不同高度处漩涡的频率，打破频率一致性对涡激共振能量的聚集和增长，即：阻止涡激共振的增长，甚至致使涡激共振消失。

对试验研究发现获得：射流202’气流改变了上风向来流冲向塔筒100结构迎风面的气流攻角，实质上是改变了浸没在风电场流场中的塔筒100结构的气动外形，致使上风向来流绕过塔筒100横断面后改变了气流的绕流状态，从而影响到表面压力的脉动特性(或频率特性)，改变了局部涡激力与塔筒100整个上部涡激力的相关性；改变了塔筒100上部涡激力与下部涡激力的相关性，从而抑制涡激振动。

4、射流管202的射流202’属于紊流，和上风向来流混合扰动后，整体紊流。研究表明，塔筒100在均匀流场中，随着风速的逐步增大，塔筒100结构从上风向来流中吸收能量，竖弯频率(即竖向弯曲振动频率)下的能量逐渐增大，并且对气流产生反馈作用，出现锁定现象，继而产生涡激共振。而随着风速的继续增大，塔筒100与气流耦合振动退出锁定现象，塔筒100与气流形成的涡激共振现象消失。因此，在不受扰动时，上风向来流相当于均匀流场，容易产生涡激共振。

而塔筒100在紊流场中，随着风速的逐步增大，塔筒100围护结构从上风向来流中吸收能量，竖弯频率下的振动在加剧，但各个频率上的能量都有所增加，也就是说塔筒100结构在各个频率上激发的能量都有所增加，不存在反馈与锁定现象。

因此，发明人在研究过程中发现：相比较均匀流和紊流，塔筒100结构更容易从上风向均匀流场中吸收能量，对来流产生反馈作用，产生塔筒100表面与来流涡激共振的锁定现象。塔筒100结构从紊流场来流中也吸收能量，但很难对来流产生反馈作用，这样就无法产生锁定现象，不能形成涡激共振。原因在于均匀流场不存在脉动成分，上风向来流不会像紊流一样在各个频率成分上存在能量。

换言之，当上风向来流具有一定的紊流强度时，上风向来流中已经具有各种频率成分的能量，这些能量分散性较大，具有脉动性，上风向来流中已携带各种能量的漩涡，气流经过塔筒100外表面时，塔筒100外表面对上风向来流的整合作用是发生在上风向来流中已经有漩涡基础上的。因此，在杂乱无章的上风向来流基础上再将上风向来流改造成与塔筒100振动基频相同的漩涡是不容易的客观事实，也就不容易产生涡激共振。

以上方式在减少涡激振动影响时，相较于背景技术中的螺旋线方式，一方面射流202’的气流易于改动，从而能够根据风速变化而调整，不会增加维护成本。另一方面，相较于螺旋线与空气流的风致噪声(螺旋线一旦定型、固定后不可控制，只要有风，就会产生噪声，相应地也会增加结构阻力)，射流202’气流的噪声是可以主动控制调节，操作过程可以是短时间、临时为抑制振动操作而产生的，可以间断实施，从而满足生态法规要求；再者，射流202’扰动减振的方式，可以贯穿塔筒100安装至使用的所有阶段，具有实践意义。

从以上分析可知，通过射流管202射出射流202’，射流202’对上风向来流的扰动(包括改变攻角、减小上风向来流的流速等)，基于以上所论述的原理，可以有效抑制振动。图4实施例中，在塔筒100外部地基300设有多根射流管202自下向上射出射流202’，应知，塔筒100高度方向表面流固耦合的涡激力分布不均匀，涡激力能量在塔筒100上部较集中，而且振动力矩最大，因此最少需要抑制塔筒100上部的涡激共振。

基于抑制振动的原理，显然，并不限于从地面向上射出射流202’，也不限于射流202’能够到达塔筒100的最顶端，只要在塔筒100的高度方向上，射流202’能够扰动对应于塔筒100上部迎风侧的至少一部分上风向来流即可。只要一部分被扰动，该部分和其余部分气流速度、方向等特征即不同，则上风向来流上部整体的流体相关性即被破坏，上部和下部的漩涡脱落频率也被打乱，从而抑制涡激振动。这里所述的“上部的至少一部分”，“上部”可以根据当地的环境而定，例如，如果当地的风速通常引起的振动较为显著，则上部范围可以略大，比如塔筒100的1/2以上的部分均属于上部；如果振动相对较弱，塔筒100顶端振动最为明显时，则塔筒100从上至下(即从塔筒100顶端沿着塔筒100竖直向下)的1/3或1/4的部分属于上部。

具体而言，布置的射流管202形成的射流202’区域，未必要覆盖塔筒100的整个迎风侧，例如仅设置一根射流管202，扰动迎风侧60％的区域，或者是其他数值，显然也可以起到一定的抑制振动作用。再比如，射流管202射流202’仅达到第四塔筒段104，则第四塔筒段104位置的上风向来流被扰动，与上、下的空气流也会出现分层，上风向来流在两侧的漩涡脱落也会不一致，从而抑制涡激共振。当然，从最大化地抑制振动角度，图4中设置方式为较为优选的方案，即尽量大范围地扰动上风向来流，自下向上的射流202’，最好能够达到塔筒100顶端以上，射流202’在上部最好能够覆盖到整个迎风侧的区域。

需要说明的是，在论述抑制振动机理的第三点，提到打乱了上部旋涡脱落和下部旋涡脱落频率的一致性，即上部主要是由射流202’后段和上风向来流混合后的气流，而下部主要是穿过相邻射流202’前段之间空挡的气流，则上下不一致，如图6所述的上部A区域流场和下部B区域流场，出现分层。故而射流管202在布置时，无需相距很近，可以预留一定的空挡，以便下部气流在相邻射流202’的前段区间穿过，但又能够保证上升后的射流202’能够在后段合适的位置汇合，并与上风向来流混合，确保扰动效果。这里的前段和后段，是以射流方向而言，“前”靠近射流喷口，“后”远离射流喷口。

当然，鉴于射流202’扰动上风向来流以抑制振动的功能发挥基于多个方面，所以射流管202形成的射流202’即便几乎无空挡，也是可以的，相当于形成射流202’“挡幕”，整体阻碍上风向来流，显然也可以抑制振动。

针对上述减振原理(1)，根据振幅的公式，本实施例还可以进一步设置加热器210，以加热射流202’的流体介质，如图5所示，加热器210可设于空气过滤器208和气体升压装置201之间，当然加热器210设于气体升压装置201下游也可以，即加压有再升温。另外，如图6所示，升温后的射流202’介质与上风向来流混合，从而使得上风向来流升温，密度就得以降低，根据公式(3)，则上风向来流的空气密度_ρ降低，振幅减小，故能够在一定程度上加强减振效果。升温后的射流202’也能达到更高的高度，以便主动与上风向来流掺混，使得混合后的气流接触塔筒100，形成塔筒边界层时具有足够的紊流程度和形成一定的攻角。

而且根据原理(3)，由于升温后的射流202’介质在上部汇合堆积，与上风向来流混合升温，而下部B区域流场多数是穿过射流202’空挡的上风向来流，整体上温度偏低，也没有蓄积，与上部A区域流场分层加剧，上、下层密度、粘性以及雷诺数均得以改变，从而进一步破坏上下部流场的相关性，破坏上下部涡流脱落的频率一致性，抑制涡激共振。

请继续参考图13-图14，图13为本发明所提供塔筒100另一种具体实施例的结构示意图，塔筒100中部设有抑制塔筒100振动的设备；图14为图13的俯视图。

该实施例中，抑制塔筒100振动的设备主要设于塔筒100的外壁，具体是将射流装置的射流管202设于塔筒100外壁，图13中是处于第二塔筒段102和第三塔筒段103相接的位置，射流管202同样是自下向上射出射流202’。

如上所述，在发生涡激共振时，塔筒100上部的共振破坏力和危险性最高，相对而言，具有更强的减振需求。这里在塔筒100大概的中部位置设置射流装置，射流202’能够直达上部，则利用上述分析的减振原理减少塔筒100上部的振动。而且，设置于塔筒100时，一方面无必要再从底部设置，另一方面，设于中部，气体升压装置201无需很大功率也能够保证射流202’到达塔筒100上部，扰乱塔筒100整个上部的上风向来流，提高抑制振动的效果。

而且，射流装置设置于塔筒100中部或以上，即设于塔筒100外围(或外表面)沿高度方向的中部或以上，塔筒100竖直高度的中部或以上表面发生涡街现象时产生的不平衡力相对于塔筒100地基基础作用力的力臂较大，力矩较大。设置于此位置的射流装置抑制了塔筒100横风向振动，减小风力机叶片表面与上风向来流之间的垂直方向的滑移现象，有利于风力机叶片最大限度吸收风能，提升发电量。

即上述射流装置不仅仅在吊装阶段，在运行以后，依然可以抑制涡激振动，尤其是设置在塔筒100外壁的中部或以上，装备相对较小，可一直实现上述效果，只需要很小的动量，产生俯仰或横向振动时，可随时进行抑制振动的控制。

具体如图14所示，射流装置包括多个喷射流体的射流管202，形成射流202’，多个射流管202沿塔筒100外壁环周分布。此时，射流装置还包括提供射流202’流体的输送管路，气体升压装置201设于塔筒100内部，输送管路具体包括流体分配母管204，流体分配母管204连通多根流体分配支管211，流体分配支管211贯穿塔筒100的塔筒100筒壁以输送流体至射流管202，可以在塔筒100的筒壁预制或者后期形成通孔，以便于流体分配支管211的穿设。与图4实施例相同，射流装置同样可以包括空气过滤器208等部件，与输送管路、气体升压装置201共同置于塔筒100内部，可以设于塔筒100内部的工作平台上，也可以根据射流装置的高度，专门配设安装座。

这里以射流装置设于塔筒100中部为例进行说明，可以理解，射流装置也可以设于塔筒100筒壁的其他位置。沿塔筒100外周分布的射流管202可以固定在塔筒100上，也可以拆卸，以为其他塔筒所用。设置塔筒100周壁时，射流管202可以与塔筒100的外壁匹配，例如，射流管202的横截面可以呈弧状，使发射的射流202’更好地扰动塔筒100外壁处的气流，而且当射流管202足够地贴合塔筒100外壁时，可以扰乱外壁处的边界层气流，直接抑制涡激振动的成因。

另外，上述实施例中射流管202均设置多个，即形成两个或以上的射流点，这样，射流202’可以覆盖更广的区域，以便扰动整个塔筒100迎风侧对应的上风向来流，加强减振效果。图5、图14中，分别设置四根、八根射流管202，且沿所述塔筒100环周设置，这样，无论上风向来流的方向如何，均具有相应的射流管202射流202’以对其进行扰动，而其余方向的射流管202可以控制其关闭。具体可以通过控制阀控制各射流管202的启闭，实现同时、分时或单独工作。

请继续参考图15-图16，图15为塔筒100外部地基300的射流装置设置八根射流管202的结构示意图；图16为图15的俯视图。

与图4相比，该实施例中的射流管202也设于外部地基300，并且数量为八根。如上所述，可以根据实际需求确定射流管202的数量，具体可以参照射流管202的射流202’速度、射流202’流量、塔筒100尺寸、当地风速等。

除了通过环周设置多根射流管202来适应风向改变，也可以通过其他的方式。请参考图17-图19，图17为射流装置中射流管202能够移动的示意图，射流管202位于塔筒100的正西，上风向来流自西向东；图18为图17中射流管202移动至塔筒100正南的示意图，上风向来流自南向北；图19为图17中射流管202移动至塔筒100西南向的示意图，上风向来流自西南向东北。

相较于上述多个射流管202环周分布的实施例，该实施例中，射流管202也是两个以上，但只分布于塔筒100的迎风侧。并且还设置圆形轨道203，上风向来流方向变动时，射流管202能够沿圆形轨道203移动，以使其能够始终向上风向来流射出射流202’。图17-19中，加热器210、空气过滤器208、气体升压装置201的位置也显示变动，但可知，在管路长度满足的情况下，三者并不需要移动，当然，跟随射流管202进行位置调整也是可以的，也就是说整个射流设备都可以沿轨道移动。轨道可以设置为两部分，对接形成环形的轨道，便于安装和拆卸。

图17-图19，示出三根射流管202，三根射流管202的射流管202弧形分布，两端的射流管202间距最远，二者之间的距离可以大于塔筒100上部的直径，则可保证射流管202射流202’达到上部时至少能够覆盖塔筒100上部的整个迎风侧。此时的轨道也为圆形轨道203，所有的射流管202呈弧形分布于圆形轨道203，则射流管202可以沿圆形轨道203移动至任意位置。

具体如图17-图19所示，可以从正西移至正南或是西南，当然还可以是其他任意位置，根据上风向来流的方向而定。如此设置，射流点能够移动，则无需设置更多的射流管202，射流管202可以是三根，也可以是其他数量。在移动的前提下，可以保证射流202’能够自动跟随调整对准各种方向的上风向来流，以进行扰动。而且，圆形轨道203位于地面，安装方便，结构简单，从而达到减少系统配备、节省能耗的效果。

请继续参考图20-图21，图20为三根可移动的射流管202呈直线分布的结构示意图；图21为两根可移动的射流管202呈直线分布的结构示意图。

该实施例中，与图17-图19相同，轨道仍然为圆形轨道203(图中未示出)，区别在于所有的射流管202沿直线分布，而非弧形分布，此时，各射流管202可均安装于一基座，基座能够沿圆形轨道203移动。与上述弧形分布不同，该实施例中直线分布同样能够沿圆形的轨道移动，实现扰动塔筒100迎风侧上风向来流的目的。

据此，射流管202直线分布、弧形分布还是呈其他分布，实际上并不受限制，只要能够移动以扰动上风向来流即可。理论上，也可以不设置轨道，由操作人员人工移动射流管202，或者由移动小车灵活移动均可。但可以理解，轨道移动的方式更为便捷。另外，轨道也不限于圆形轨道203，可以是方形轨道或者其他形状，只要射流管202能够沿其移动即可，且可以是独自移动，也可以所有射流管202通过同一安装座来移动。如上所述，射流管202数量并不受限制，除了图20、21示出的三根和两根射流管202，也可以是其他数量。

需要说明的是，对于射流管202安装于塔筒100外壁的方案，需要高空安装轨道，此时也可以不设置轨道，直接环周分布即可。

针对上述实施例，无论射流装置的射流管202设于塔筒100外部地基300还是塔筒100筒壁，在从下向上射出射流202’时，均可以向上风向来流方向倾斜射流202’。如图22所示，图22为射流管202向上风向来流倾斜的示意图。

当射流202’倾斜时，存在与上风向来流方向相反的射流202’分量，从而能够更好地阻止上风向来流，减小其流速。如图22所示，射流管202跟随上风向来流，并向上风向来流侧倾斜，倾斜角度β例如可以是10°-30°，倾斜角度β指的是射流管202与竖直方向的夹角。倾斜角度β的大小具体可以依据上风向来流速度的大小来确定，当上风向来流速度大时，射流管202的倾斜角度β配合射流202’可选取较大角度值；当上风向来流速度较小时，射流管202倾斜角度β配合射流202’可选取较小角度值。

当然，实际上倾斜角度β的选择最终是要与抑制效果相匹配，从涡激共振的原理来看，并非上风向来流速度越大，涡激共振越明显，这里只是在引起涡激共振的风速区间内，风速越大，射流管202的倾斜角度β应该增加。

需要说明的是，射流管202朝向上风向来流射流，根据风速调整倾斜角度，需要参考当地的风速和风向，可以通过风向标、风速仪检测获得。对于塔筒100已经吊装完毕的方案，风向标和风速仪可以是塔筒100自带的部件；对于塔筒100吊装阶段抑制涡激振动使用的场合，风向标和风速仪可以临时固定，例如通过磁力吸附于塔筒100表面临时固定，也可以在塔筒100外围5-6倍距离外设置，可减少上风向来流绕流塔筒100时对风速、风向带来影响。

另外，图4、图13实施例一致，射流管202形成自下向上的射流202’，并根据需求可以向上风向来流倾斜角度β。实际上，在射流装置设于塔筒100时，倾斜角度β可以达到90度，即射流管202可以直接朝向上风向来流，这样，当射流管202的射流202’能够辐射较大范围时(例如设计为喇叭口状的喷射口)，或者沿高度方向设置多组射流管202时也是可以的。

请参考图23，图23为图4中多根射流管202的结构示意图。

图23中包括流体配送母管和三根射流管202，气压升压装置输送压力气体至流体配送母管，然后再分配进入三根射流管202。最左侧的射流管202为普通的射流管202，即大概呈直筒状的管体，射流202’出口为缩口。

中间的射流管202，设有加速射流202’流速的收缩段202b，即流体再进入射流管202后，经收缩段202b还可以进一步加速，从而使得射出的射流202’能够更好地对上风向来流进行扰动。具体可以将射流管202的中部形成内凹，以形成收缩段202b，也可以如图23所示，在射流管202的中部内壁加设弧形挡件，收窄对应位置的通道截面，从而形成收缩段202b，以使流体流经此处通道截面变小然后再放大。

最右侧的射流管202，包括若干依次连接的管段，各管段之间螺纹连接，且沿射流202’方向，管段管径减缩。如此设置，一方面，对于射流管202高度要求比较高时，便于射流管202的加工、运输；另一方面，射流管202从下至上管径渐缩，对于流体可逐渐加速，而且长度也可调，当然也可以加工出一体式的管径渐缩的射流管202。

图23示出三种结构的射流管202，仅是便于比较说明，实际应用时，可以采用同一种结构的射流管202，当然任意组合使用也是可以的，射流管202的数量显然也不受限制。

请参考图24、图25，图24为带有环形旋流通道202c的射流管202的结构示意图；图25为图24的横截面示意图。

该射流管202喷射的射流202’包括旋转射流和直流射流。如图24所示，在射流管202末端的内腔设有环形旋流通道202c，环形旋流通道202c的中部为直流通道202d。即流体进入该射流管202时，一部分流体通过中部的直流通道202d流出，另一部分流体通过直流通道202d环周的环形旋流通道202c流出，直流射流和环形射流射出前后可以混合，形成速度相对较高并具有旋转能量的射流202’，以更好地扰动上风向来流，进一步破坏涡激振动的形成，有利于达到更好的减振效果。

当然，单一的直流或是旋转流体也都可扰动上风向来流，但相较而言，直流能够到达更高的高度，具有更高的动量，而旋转流体具有紊乱特性有利于气流扰动，故直流和旋转流体相结合的方案为更佳方案。这里为了便于直流在高度方向能量的发挥，旋转流体能够顺利射出，只在射流管202末端位置设置一环形旋流通道202c即可。环形旋流通道202c具体的形成，可以在射流管202的内壁设置导流叶片，简单易行，当然在内壁直接加工出旋流通道也是可以的。

环形旋流通道202c位于直流通道202d的外周，便于形成环形旋流通道202c的结构的安装。但实际上，旋流通道和直流通道202d的位置关系并不受限限制，只要能够形成旋流和直流，以使二者混合形成射流202’即可。

另外，上述描述的直管射流管202、具有收缩段202b的射流管202以及螺纹连接的分段202a射流管202，也均可以设置上述的环形旋流通道202c和直流通道202d。

请参考图26，图26为本发明所提供抑制塔筒100振动的控制框图。

上述实施例中，射流装置进行射流202’以扰动上风向来流时，可以进行总体控制。即抑制塔筒100振动的设备还包括工作控制器207，以及检测塔筒100所在地空气的风速和风向的风速检测仪、风向检测仪，工作控制器207可以根据检测的风速、风向控制射流装置射流202’的流速和射流202’方向。

如上所述，射流202’是用于扰乱上风向来流，则原理上，当风速较高时，射流202’速度可以提高，并可以倾斜向上风向来流，即提高与上风向来流反向的射流202’分量以更快减小风速；并同时根据风向控制对应射流管202的开启(例如，图16中，可开启左侧三根射流管202，其余射流管202关闭)，或者是使射流管202移动到对应于所测风向的位置，即控制射流管202沿前述轨道移动的距离。

如图4所示，还可以设置检测塔筒100振动幅度的振动检测仪205，振动检测仪205可以通过磁力吸盘紧密贴附于塔筒100内表面或外表面。在根据风速和风向进行射流202’调整时，可以根据检测的振动幅度反馈进行调整，根据振动幅度，增大或者减小射流202’速度、调整射流202’倾斜角度β。

图4中，工作控制器207设于气体升压装置201，并且在气体升压装置201上还可以设置振动信息无线接收器209，以接收振动检测仪205检测的振动信息。振动检测仪205安装位置可以位于塔筒100上部，工作控制器207布置于气体升压装置201时高度偏低，此时无线发射的方式更便于系统布置。图4中还在各射流管202上设置流速测量仪206，以测量流速，以便工作控制器207根据所需的流速控制气体升压装置201调整流速。这里的流速测量可以通过检测压力获得，具体可以通过连接管将射流管202的待测位置与压力传感器相连。

在对射流202’介质进行加热时，还可以设置检测当地环境空气温度的温度传感器。工作控制器207除了根据风速、风向以及振动幅度之外，还会根据空气温度，更全面地调整射流装置。当空气温度偏高时，加热温度需提升，空气温度偏低时，加热温度也相应地降低。这里，取风速和空气温度作为两个重要参数，根据振动幅度的反馈，共同调整以达到抑制振动的目的。即工作控制器207、风向检测仪、风速检测仪、温度传感器、振动检测仪205等组成了阻止诱发振动的伺服控制系统，控制射流装置射出射流202’以有效抑制振动。

根据上述实施例，在进行塔筒100吊装时，如图4所示，对塔筒100进行分段202a吊装，在吊装过程中，向塔筒100的上风向来流射出射流202’，以在塔筒100的高度方向上，扰动对应于塔筒100上部迎风侧的至少一部分上风向来流，然后吊装对应的塔筒100段。

具体而言，可以先射出射流202’，再依次吊装，即在吊装各塔筒100段之间，即开始射出射流202’。也可以根据具体风力分析，有选择性地启动吊装，比如，先吊装第一塔筒段101、第二塔筒段102、第三塔筒段103，由于第四塔筒段104和第五塔筒段105所处位置偏高，易受到振动阻挠，则可以在吊装最后两段时，开启射流装置，并根据风向、风速、温度实时调整，此时，第三塔筒段103及以上塔筒100段均可以设置振动检测仪205，掌握振动信息。

本案发明人对高海拔、高山地域风电场建设进行了长期的实地调研，从技术上路线创新解决此类现场安装所面对的技术障碍。总体来说，本实施例在风电场建设过程预备安装的塔筒10附近增加改变塔筒10周围原有的上风向来流面对塔筒10绕流形成的攻角和气动外形、破坏塔筒10高度方向脉动风力的相关性、改变相关长度(相关长度L定义为因此，相关长度就是以y轴为横轴的曲线下方的面积，y为塔筒节或塔筒段上不同高度的两点之间的距离)的流体控制装备，在塔筒10周围介入非自然力空气流流场发生装置，即射流装置，使该系统造成对塔筒10表面及其附近流场的破坏，阻止塔筒10后方背风侧两侧涡激振动现象的发生、阻止塔筒10涡激响应、涡激响应的放大、抑制塔筒10被诱发振动。

另外，本方案在吊装以后，射流装置可以继续发挥作用，防止上风向来流引起振动，对已建成的塔筒100结构造成损坏。

需要说明的是，上述实施例中，射流202’的介质主要以空气为例进行介绍，但显然射流202’的介质并不限于此。比如，对于海上风力发电机组的塔筒100而言，此时的射流202’的介质可以直接取为海水，海水扰动上风向来流，同样可扰动气流，达到减振的目的，而且取材便利。

以上实施例主要以塔筒100为例进行说明，可以理解，类似的围护结构均可以采用上述射流装置抑制涡激振动，比如电视塔、测风塔等。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (33)

1.抑制围护结构振动的设备，其特征在于，包括能够向所述围护结构的上风向来流射出射流(202’)的射流装置，扰动对应于所述围护结构上部迎风侧的至少一部分上风向来流。

2.如权利要求1所述的抑制围护结构振动的设备，其特征在于，所述射流装置直接或间接地设于所述围护结构外部地基(300)，或设于所述围护结构的外壁，并从下向上射出射流(202’)。

3.如权利要求2所述的抑制围护结构振动的设备，其特征在于，所述射流装置设于所述围护结构的外壁，且在高度方向上，处于所述围护结构的中部。

4.如权利要求3所述的抑制围护结构振动的设备，其特征在于，所述射流装置包括多个喷射流体的射流管(202)，多个所述射流管(202)沿所述围护结构外壁环周分布。

5.如权利要求4所述的抑制围护结构振动的设备，其特征在于，所述射流管(202)与所述围护结构的外壁匹配，以使所述射流管(202)射出的射流(202’)能够扰乱所述围护结构的边界层气流。

6.如权利要求4所述的抑制围护结构振动的设备，其特征在于，所述射流装置包括提供射流(202’)流体的输送管路，所述输送管路贯穿所述围护结构的侧壁以输送流体至所述射流管(202)。

7.如权利要求1所述的抑制围护结构振动的设备，其特征在于，所述射流装置包括至少两个喷射流体的射流管(202)。

8.如权利要求7所述的抑制围护结构振动的设备，其特征在于，所述射流管(202)射出射流(202’)，所述射流管(202)之间形成有预定距离，以使上风向来流能够自相邻所述射流管(202)的所述射流(202’)的前段之间流向所述围护结构，且相邻所述射流(202’)的后段能够汇合。

9.如权利要求7所述的抑制围护结构振动的设备，其特征在于，所述射流管(202)设于所述围护结构的外部地基(300)；

所述射流管(202)绕所述围护结构环周分布；或，所述射流管(202)分布于所述围护结构的迎风侧，且还设置轨道，所述上风向来流方向变动时，所述射流管(202)能够沿所述轨道移动，以使其能够始终向所述上风向来流射出射流(202’)。

10.如权利要求9所述的抑制围护结构振动的设备，其特征在于，所述轨道为圆形轨道(203)或弧形轨道，所有的所述射流管(202)呈弧形分布于所述圆形轨道(203)或所述弧形轨道。

11.如权利要求9所述的抑制围护结构振动的设备，其特征在于，所有的所述射流管(202)沿直线分布，且各所述射流管(202)均安装于一安装座，所述安装座能够沿所述轨道移动。

12.如权利要求9所述的抑制围护结构振动的设备，其特征在于，相距最远的两根所述射流管(202)之间的间距大于所述围护结构顶部直径。

13.如权利要求1所述的抑制围护结构振动的设备，其特征在于，所述射流装置包括喷射流体的射流管(202)，所述射流管(202)设有加速所述射流(202’)流速的收缩段(202b)，和/或，

所述射流管(202)包括若干依次连接的管段(202a)，各所述管段(202a)之间螺纹连接，且沿所述射流(202’)方向，所述管段(202a)管径渐缩。

14.如权利要求1-13任一项所述的抑制围护结构振动的设备，其特征在于，所述射流装置包括喷射流体的射流管(202)，所述射流管(202)从下向上射出所述射流(202’)，且向上风向来流方向倾斜设置。

15.如权利要求1-13任一项所述的抑制围护结构振动的设备，其特征在于，所述射流装置包括喷射流体的射流管(202)，所述射流管(202)喷射的射流包括旋转射流，或直流射流，或能够汇合的旋转射流和直流射流。

16.如权利要求15所述的抑制围护结构振动的设备，其特征在于，所述射流管(202)末端的内腔设有环形旋流通道(202c)，所述环形旋流通道(202c)的中部为直流通道(202d)。

17.如权利要求1-13任一项所述的抑制围护结构振动的设备，其特征在于，还包括对射流的流体进行加热的加热器(210)，以使与加热后的所述射流(202’)流体接触或混合的上风向来流的密度降低，打破围护结构表面处加热的上风向来流与未加热上风来流的相关性。

18.如权利要求1-13任一项所述的抑制围护结构振动的设备，其特征在于，还包括工作控制器(207)，以及检测所述围护结构所在地空气的风速和风向的风速检测仪、风向检测仪，所述工作控制器(207)根据检测的所述风速、风向控制所述射流(202’)的流速和射流方向；

或，

还包括工作控制器(207)，以及检测所述围护结构所在地空气的风速和风向的风速检测仪、风向检测仪，检测所述围护结构振动幅度的振动检测仪(205)；所述工作控制器(207)根据检测的所述风速、所述风向以及所述振动幅度，控制所述射流(202’)的流速和射流方向；

或，

还包括工作控制器(207)、对射流的流体进行加热的加热器(210)、检测所述围护结构振动幅度的振动检测仪(205)，以及分别检测所述围护结构所在地空气的风速、风向、空气温度的风速检测仪、风向检测仪、温度传感器；所述工作控制器(207)根据所述风速、所述风向、所述空气温度，以及所述振动幅度，控制所述射流(202’)的流速和射流方向，以及加热的温度。

19.如权利要求1-13任一项所述的抑制围护结构振动的设备，其特征在于，所述围护结构为塔筒(100)、电视塔，或测风塔；所述塔筒(100)包括海上风力发电机组的塔筒，所述射流(202’)的流体为海水。

20.抑制围护结构涡激振动的方法，其特征在于，向围护结构的上风向来流射出射流(202')，扰动对应于所述围护结构上部迎风侧的至少一部分上风向来流。

21.如权利要求20所述的抑制围护结构振动的方法，其特征在于，所述射流(202’)扰动至少一部分上风向来流，以改变被扰动的上风向来流的流速，并间接改变围护结构的气动外形，打破上风向来流的上下相关性，抑制涡激振动。

22.如权利要求20所述的抑制围护结构振动的方法，其特征在于，射出射流(202')时，自围护结构的外部地基(300)或围护结构的外壁，从下向上射出。

23.如权利要求22所述的抑制围护结构振动的方法，其特征在于，从下向上射出射流(202')时，向上风向来流方向倾斜射出。

24.如权利要求20所述的抑制塔筒围护结构的方法，其特征在于，在所述围护结构的迎风侧，设置至少两个射流点。

25.如权利要求24所述的抑制围护结构振动的方法，其特征在于，相邻射流点形成的射流(202’)的前段具有预定间距，射流(202’)的后段相汇合。

26.如权利要求24所述的抑制围护结构振动的方法，其特征在于，所述射流点能够移动，所述上风向来流方向变动时，移动所述射流点，使其能够始终向所述上风向来流进行射流。

27.如权利要求20-26任一项所述的抑制围护结构振动的方法，其特征在于，射流(202’)包括旋转射流，或直流射流，或能够汇合的直流射流和旋转射流。

28.如权利要求20-26任一项所述的抑制围护结构振动的方法，其特征在于，还包括：对所述射流(202’)的流体进行加热处理，以使与其接触或混合的上风向来流的密度降低，打破加热的上风向来流与未加热(段或节围护结构表面)上风来流的相关性。

29.如权利要求28所述的抑制围护结构振动的方法，其特征在于，检测所述围护结构所在地的空气温度，根据所述空气温度控制所述射流(202’)的加热温度。

30.如权利要求20-26任一项所述的抑制围护结构振动的方法，其特征在于，形成所述射流(202’)的流体为气体或水。

31.如权利要求20-26所述的抑制围护结构振动的方法，其特征在于，检测所述围护结构所在地空气的风速和风向，以控制所述射流(202’)的流速和射流方向；

或，

检测所述围护结构所在地的风速、风向，以及所述围护结构的振动幅度，根据所述风速、所述风向以及所述振动幅度，控制所述射流(202’)的流速和射流方向；

或，

还对所述射流(202’)的流体进行加热处理，检测所述围护结构所在地的风速、风向、空气温度，以及所述围护结构的振动幅度，根据所述风速、所述风向、所述空气温度，以及所述振动幅度，控制所述射流(202’)的流速和射流方向，以及加热的温度。

32.一种吊装塔筒的方法，塔筒(100)包括若干塔筒段，安装塔筒(100)时对塔筒(100)进行分段吊装，其特征在于，在吊装过程中，向塔筒(100)的上风向来流进行射流，扰动对应于所述塔筒(100)上部迎风侧的至少一部分上风向来流，然后吊装对应的塔筒段。

33.如权利要求32所述的吊装塔筒的方法，其特征在于，在吊装前进行射流直至吊装结束；或，在吊装位于上部的所述塔筒段时，进行射流直至吊装结束。