CN108797829B - 阻尼器以及具有该阻尼器的承载围护结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种阻尼器以及具有该阻尼器的承载围护结构。所述阻尼器包括形成容纳腔的壳体以及位于壳体内的振动能量耗散单元，所述容纳腔包括位于下部的储液腔和位于上部的质量体运动腔，所述振动能量耗散单元包括容纳于所述储液腔中的阻尼液和位于所述质量体运动腔中的多个质量体，所述多个质量体漂浮在所述阻尼液的液面上，在所述质量体的外表面上形成多个齿状凸起，用于将形成在所述阻尼液中由于振动而形成的波浪破碎为沿不同方向分散。根据本发明的阻尼器，能够有效抑制承载维护结构的振动。

Description

阻尼器以及具有该阻尼器的承载围护结构

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种用于抑制承载围护结构振动的阻尼器以及具有该阻尼器的承载围护结构。

背景技术

风力发电机组是用于将风能转换成电能的能量转化装置。通常，风力发电设备包括承载维护结构(例如，塔筒)、设置在塔筒上的机舱、安装在机舱中或机舱外的发电机、安装在机舱头部上风向的风轮机等。为了加工和运输方便，塔筒通常是分段制造后运输到安装现场，在安装现场将多段塔筒依次吊装和固定连接，形成对机舱以及发电机部件的支撑基础之后，在塔筒顶部使塔筒与偏航系统连接，机舱与发电机对接，发电机或齿轮箱再与风轮机对接、连接。

这些安装工序都是在对风电场的小地域环境局部风不可测的情况下展开施工的。在这个吊装安装过程会遇到大小变化不定的阵风或持续的小风。风吹过塔筒时，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，使塔筒发生垂直于风向的横向振动。当漩涡的脱离频率接近塔筒固有频率时，塔筒容易发生共振而被破坏。

图1A示出了塔筒在上风向来流的作用下发生晃动的示例。如图1A所示，当风速在预定范围内时，会引起塔筒10的涡激振动，使得塔筒10产生顺风向(F1)振动和横风向(F3、F2)振动。

在风力发电机组的安装过程中，现场吊装进度、安装工期明显受到局部区域风况的限制。尤其是在塔筒安装到上端的几节塔筒段的情况下，塔筒振动幅度增大，塔筒与偏航装置，塔筒与机舱、机舱与叶轮的对接困难，无法实现安全、准确的连接。

在风力发电机组的运行过程中，塔筒晃动也会对塔筒本身以及塔筒基础连接件带来破坏和隐患。在风力发电机组的运行过程中，塔筒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，同时还要受到自然风的作用。风绕流塔筒表面时产生的涡街现象会引起使塔筒发生导致共振破坏的横风向振动。风吹动叶轮旋转时会对塔筒产生交变弯矩和交变作用力，这种由顺风向产生的弯矩和力会成为塔筒发生破坏的主要原因，严重时会造成塔筒断裂而发生倾覆。

如图1B所示，现有技术借助围绕塔筒设置螺旋线用来抑制塔筒10的表面发生旋涡的周期性脱落。螺旋线20在不同的螺距布置时，有不同的横风向振荡抑制效果。螺旋线20的高度增加利于破坏涡街发放的周期性，使涡街现象无法生成或使涡街发放更不规则，打破涡街发放的相关性、一致性，利于抑制涡激振动。

然而，在塔筒上缠绕或固定螺旋线的方式仅仅用在吊装阶段，并且螺旋线的特征参数(螺距、高度)还没有做到最佳，难以适应风速的变化。为做到适应空气流的风速变化而变化，并且适用于长期运行，会带来螺旋线制造成本、维护成本的大幅增加。

此外，螺旋线在塔筒表面的覆盖率也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，同时螺旋线与空气流的风致噪声增加，对自然环境生物造成严重影响，尤其是对动物、鸟类造成干扰、对生态环境造成破坏。

因此，需要提供一种不影响塔筒外观、不增加塔筒的风阻、不对塔筒外部环境产生噪音，吊装完毕可拆除从而回收反复使用，也可以固定在塔筒内部，在运行过程中使用的抑制振动的装置。

发明内容

本发明提供了一种阻尼器以及具有该阻尼器的承载围护结构，以提高有限吊装时间内的安全性、结构稳定性和吊装效率，缩短因为风的不确定性随时造成风电场建设周期的拖延给风电机组并网发电推迟造成的浪费；提高整机结构的稳定性，抑制机组在运行、停机过程中在自然环境流固耦合诱发振动给整机、部件造成的过度疲劳、破坏。

根据本发明的一方面，提供了一种阻尼器，所述阻尼器包括形成容纳腔的壳体以及位于壳体内的振动能量耗散单元，所述容纳腔包括储液腔和位于所述储液腔上部的质量体运动腔，所述振动能量耗散单元包括容纳于所述储液腔中的阻尼液和位于所述质量体运动腔中的多个质量体，所述质量体漂浮在所述阻尼液的液面上，在所述质量体的外表面上形成多个齿状凸起。

根据本发明的另一方，提供了一种承载围护结构，所述承载围护结构中安装有如上所述的阻尼器。所述承载围护结构为筒状结构，所述阻尼器安装在所述筒状结构的内表面上。

上述技术方案不仅能够解决吊装过程塔筒承载结构本身的晃动所带来的对塔筒基础连接件的破坏和隐患，还能降低在风力发电机组运行过程中塔筒倾覆的风险。因此，根据本发明的技术方案，能够争取缩短建设时间并提高风力发电机组运行过程中的可靠性，使得风电场投资方和建设者双方受益。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1A示出了塔筒在上风向来流的作用下发生晃动的示例；

图1B是示出现有技术中在塔筒上缠绕螺旋线绳或设置螺旋肋片的示意图；

图2是根据本发明第一实施例的阻尼器的立体透视图；

图3是根据本发明第一实施例的阻尼器的俯视图；

图4是根据本发明第一实施例的阻尼器中的质量体的立体结构示意图；

图5是在承载围护结构中设置根据本发明第一实施例的阻尼器的示意图；

图6是根据本发明第二实施例的阻尼器的立体透视图；

图7是根据本发明第二实施例的阻尼器的俯视图；

图8是根据本发明第三实施例的阻尼器的立体透视图；

图9-11是根据本发明第三实施例的阻尼器的俯视图；

图12示出了根据本发明第三实施例的阻尼器中的质量体在阻尼液中上下震荡的过程。

附图标号：

10：承载围护结构；1000、2000、3000：阻尼器；100、350：壳体；

200、320：振动能量耗散单元；110：储液腔；101：顶盖；

120：质量体运动腔；210：阻尼液；220：质量体；

221：齿状凸起；222：节流通孔；230：阻尼系数调节单元；

231：气体压力调节单元；240：腔体隔板；224：第一磁性体；

225：第二磁性体；226：第三磁性体；227：弹性连接件；

F1：振动方向；M1、M2：振动动能。

具体实施方式

为了解决现有技术中的技术问题，阻止塔筒等承载围护结构上涡街现象发生、阻止塔筒涡激响应过大、抑制塔筒振动，搭建一种对风力发电机组的保护系统，本发明人通过对高海拔、高山地域风电场建设实地调查和研究，提出了一种在承载围护结构内部构建振动能量耗散结构以及具有该结构的承载围护结构。下面，参照附图来详细说明本发明的实施例。

图2-图4示出了根据本发明第一实施例的阻尼器的示意图，图5是在塔筒中设置根据本发明第一实施例的阻尼器的示意图。

根据本发明的第一实施例，阻尼器1000包括形成容纳腔的壳体100以及位于壳体100内的振动能量耗散单元200。

壳体100形成的容纳腔包括储液腔110和位于储液腔110上部的质量体运动腔120。能量耗散单元200包括容纳于储液腔110中的阻尼液210和位于质量体运动腔120中的质量体220。质量体220漂浮在阻尼液210的液面上。

根据本发明第一实施例的阻尼器1000可以安装在承载围护结构(例如，风力发电机组的塔筒、高层建筑的电视塔、通讯塔、桥梁的支柱)10中，用于避免承载围护结构10在预定风速范围内振动过速或振幅过限。当承载围护结构10振动时，振动携带的动能或振动携带的动量传递给根据本发明第一实施例的阻尼器1000，阻尼器1000跟随围护结构塔筒的顺风向振动产生相应的顺风向振动，使得阻尼液210在腔体内震荡、波动，阻尼液210中的质量体220受到液体的作用，随着波浪上下运动，将液体传递获得的动能转换为重力势能、热能等其它形式的能量，充当阻尼的角色，从而消耗围护结构塔筒的振动动能，起到对围护结构塔筒抑制振动、减振的作用，把围护结构的顺风向振动携带的能量传递到阻尼液体并借助阻尼液体传递到质量体，转化成阻尼液体和质量体的竖直方向的运动以及竖直方向携带的能量，并在竖直方向运动过程耗散掉，这里，对振动携带的能量作了正交(或近乎垂直)方向性的转移和耗散。

为了更有效地耗散掉阻尼液体和质量体获得的动能，质量体220的下部设置有波浪破碎犁耙。在质量体220下表面上形成有多个齿状凸起221，从而形成波浪破碎犁耙。在质量体220下部形成的多个齿状凸起有顺排列或者无序排列；顺排排列或叉排排列；凸起高度可以一致或高低交错起伏，凸起之间有互相连通的沟或槽；凸起可以形成有锋利的尖或锋利的棱。优选地，质量体220表面做过防腐或本身是耐腐蚀材质，凸起表面有防腐层。

质量体220上的齿状凸起以不规则方式交叉设置，用于将有序的阻尼液体携带的动能或动量及其在与质量体下表面始终接触(阻尼液浸没质量体的下表面)并相互作用时借助锋利的齿状凸起对阻尼液体产生各个方向的的表面力(流体受到的固体表面给与的作用力)，并将凸起接触的流体分解为无数个小质量、流动方向四面八方都有分量的无序的小质量体的动能或动量。具体地，当阻尼液210由于振动而震荡时，震荡的液体冲击到质量体220的齿状凸起上，与齿状凸起发生碰撞、分解液体，从而被破碎、分解为沿多个方向的小波浪。通过将大波浪分解为各向异性的小波浪，质量体220下表面的凸起之间的纵横交错的沟槽，使得朝一个方向的液体携带的大动能或大动量被分解为沿不同方向的小动能或小动量，继而不同方向的小动能或小动量相互再碰撞、削弱或抵消，使得液体获得并携带的具有方向性协同一致的总动能数值上被减小，液体被凸起及其沟槽分流后的分动量的矢量和大幅度削减，对接触凸起的液体产生不同方向的分流流动和竖直方向的表面力、水平方向360度的表面力作用，以分解液体、分流)液体动量的方式消耗掉围护结构传递的振动能量，避免承载围护结构10的振动超过预定幅度。

如图3所示，阻尼器1000可以为圆筒形，质量体运动腔120可沿着圆周方向设置为多个，并在每个质量体运动腔120中设置相应的质量体220。多个质量体运动腔120之间可通过腔体隔板240被分隔开。腔体隔板240沿着阻尼器1000的高度方向设置，使得质量体220沿着竖直方向运动。腔体隔板240的高度没有严格的限制，只要能够为质量体220提供限位和上下运动的引导作用即可。优选地，多个质量体220下部的阻尼液之间相互连通。

质量体运动腔120和质量体220的形状可形成为横截面为扇形，数量可以为偶数个。扇形可以为尖头扇形或钝头扇形(即，扇环形)。作为优选实施方式，在附图所示的示例中，质量体运动腔120和质量体220被示出为钝头扇形的形状。在这种情况下，壳体100形成的容纳腔可以为环形筒状结构。壳体100可以由外筒壁、内筒壁、顶盖和底壁构成。

根据本发明的实施例，在阻尼液震荡时，质量体220会随着波浪上下移动，从而将振动能转换成摩擦热能而消散掉。另外，当腔体内一侧或一个方向的液体的液面升高，经过水平圆形截面的圆心的另一侧或一个方向的液面降低时，使水平方向的动能转换为竖直方向的动能。随着液面升高和下降，质量体220上下运动，使携带着动能或动量运动的质量体220在向上和向下运动的过程中，质量体220与液体摩擦、质量体220与腔室竖直壁面摩擦、液体与腔室壁面摩擦各种阻尼消耗能量的方式来转向(转换为竖直方向)并耗散振动能量，同时，运动的液体在推举质量体220向上运动过程做功、耗功，从而减小承载维护结构的顺风向和横向振动过程的幅度。

如图2所示，根据本发明第一实施例的阻尼器1000还可包括阻尼系数调节单元230，用于调节振动动能耗散单元200的阻尼系数。阻尼系数调节单元230可以设置在质量体220的上部，在质量体220向上运动时，对质量体220施加一个向下的力，在质量体向下运动时，对质量体施加一个向上的力。

在根据本发明的第一实施例中，阻尼系数调节单元230可以是刚度可调的弹性构件，例如，为刚度可调的弹簧构件。阻尼系数调节单元230设置在质量体220的上部，对质量体220施加弹力。具体地，弹性构件可设置在质量体220的上表面和壳体100的顶盖之间。

通过调节弹性构件的弹性系数，来调节阻尼器1000的阻尼系数，以使阻尼器1000适用于不同的承载围护结构，或者根据承载围护结构的振动参量来相应调整阻尼器1000的阻尼系数，例如，根据外界风速和/或塔筒的横向振动幅度等来调节阻尼系数。

如图2所示，在质量体220中还可形成节流通孔222。节流通孔222沿着高度方向贯穿质量体220。阻尼液210的一部分可以沿着节流通孔222从质量体220的下部运动到质量体220的上部，再沿着质量体220的外表面或者另外设置的流体通道流到储液腔110中，从而对质量体220的振动幅度进行调节，起到微分控制器的作用。更具体地，通过节流通孔222使得质量体220上部的气体与下部的液体连通，调节质量体220上下的压差，抑制质量体220的快速运动，避免质量体220的上下振动振幅超限、撞击腔室顶部、失控。在每个质量体220上，节流通孔222可以设置为多个，分布在不同位置。

节流通孔222可以为等截面通孔或变截面通孔，可以为圆形通孔或者为多边形通孔。可以通过在质量体222上形成通孔后，再在该通孔中插入空心筒来形成所述节流通孔222。优选地，节流通孔222的下端伸入阻尼液210中预定深度，确保下端入口与液体连通，并且使节流通孔222的上端高于质量体220的上表面预定高度，避免质量体220的上表面的液体回流到节流通孔222中，堵塞节流通孔222。

根据本发明实施例的阻尼器1000通过将有序的振动能量无序化，实现对承载围护结构的减振功能。耗散掉的振动能最终转换成热能等其它形式的能量。因此，在壳体100上还可设置有散热结构，例如，散热翅片或外挂式散热器。为了使热量快速消散，还可设置散热风扇，加速散热结构表面的空气对流系数。在利用壳体100的外壁与承载围护结构固定安装时，可以将散热结构设置在阻尼器1000的内筒壁上。

此外，为了避免冬季温度较低的情况下阻尼液210变得粘稠甚至结冰，导致阻尼器1000的减振功能失效，在储液腔110内还可设置加热器、设置温度传感器等部件(未示出)。当阻尼液210内的温度低于预定温度时，启动加热器。

如图5所示，根据本发明第一实施例的阻尼器1000可安装在风力发电机组的塔筒10的内壁上，可通过阻尼器1000的外筒壁与塔筒10固定连接。当塔筒10由于空气流的作用而振动时，振动传递给根据本发明实施例的阻尼器1000。通过阻尼液210、质量体220以及弹性构件的震荡，来吸收振动能，并把振动能耗散掉。

图6示出了根据本发明第二实施例的阻尼器的立体透视图。图7示出了根据本发明第二实施例的阻尼器2000的俯视图。根据本发明第二实施例的阻尼器2000包括壳体100和振动动能耗散单元200。除了阻尼系数调节单元230的结构之外，根据本发明第二实施例的阻尼器2000的结构与根据本发明第一实施例的阻尼器1000的结构基本相同。因此，下面仅详细描述阻尼系数调节单元230的结构。

根据本发明的第二实施例，通过在质量体220的上部空间内充入气体，并通过调节气体的压力来调节阻尼器2000的阻尼系数。在满足密封要求的情况下，可以将气体直接充入质量体220的上部空间内。此外，还可以在质量体220的上部空间内设置柔性气囊，在柔性气囊上设置进气口和出气口，并由气体压力调节单元231控制柔性气囊内的压力。

因此，根据本发明第二实施例，阻尼系数调节单元230还包括气体压力调节单元231，例如，包括压气机及其控制器、压力测量传感器、进气阀、排气阀等，气体压力调节单元231根据风速、塔筒振动加速度、塔筒晃动的振幅参量等，通过改变充入质量体220的上部空间内的气体的压力来调节阻尼器2000的阻尼系数。

质量体220上部空间内的气体是流体阻尼，质量体220下部浸没的液体也是流体阻尼，即当质量体220在气体或液体中运动时，由流体介质产生阻尼。流体阻尼力始终与质量体220运动速度方向相反。当气体压力较小时，气体对质量体220和阻尼液体向上运动的后期产生的向下的阻力就较小、阻止作用也较慢，气体空间就容易在短时间内被压缩，在较快的压缩过程中气体吸收了质量体220和阻尼液体向上运动的动能(有序能、高品质能量)，气体在被压缩过程将受到的压缩功能量转化为气体的无序能(热能、低品质能量)，质量体220和阻尼液体获得转移的向上运动的机械能越大同时变化越快而受到的向下的阻力越小时，质量体和阻尼液体获得的速度相对就越快，形成的液体阻尼力始终与液体运动速度方向相反，而大小始终与速度的二次方成正比，质量体220与阻尼液体、质量体220与腔室壁面的液体摩擦阻尼亦是如此。而气体压力大小对阻尼质量体和液体向上到达顶部的作用是：阻止质量体撞击壳体顶部；气体压力大小对质量体220和液体向下返回运动有加速返回作用，气体压力越大，返回启动阶段越快，对质量体220和阻尼液体返回起助力作用。压力传感器将获得的信息经过控制器处理后，对气体采取调整压力的措施：加速液体和质量体220的上下运动速度，加速转化、耗散速率，使得阻尼器2000能够自适应地根据围护结构振动状态(振动加速度、振动位移数值的大或小)相应地控制腔室或气囊内气体压力的大小来实现加速对能量的耗散速率、抑制围护结构的振动加速度、振动位移。

在根据本发明第二实施例的阻尼器2000中，可将气体加压后充入质量体运动腔体120中，利用气体充当储能元件，联合质量体220的运动，构成阻尼和能量耗散结构。

在根据本发明第二实施例中，在质量体220也可设置有节流通孔222。通过节流通孔222充当微分控制器的角色，抑制质量体220的往复振动幅度。

同样地，根据本发明第二实施例的阻尼器2000可安装在承载围护结构上，例如，安装在风力发电机组的塔筒的内壁上，吸收和耗散塔筒的振动动能。在风力发电机组的吊装过程中，如果塔筒吊装完成，机舱安装条件不具备时，能够实现对塔筒的保护。此外，不管是在吊装过程中，还是风力发电机组的运行过程中，能够根据现场风向的改变和风力大小的改变，适应性调整阻尼器的阻尼系数，使得减振性能最佳。

图9-11示出了根据本发明第三实施例的阻尼器3000。如图9-11所示，根据本发明第三实施例的阻尼器3000包括壳体100以及位于壳体100的振动能量耗散单元200。

在本发明的第三实施例中，壳体100包括外筒壁、顶盖101和底壁，形成筒形容纳腔。作为优选实施例，壳体为圆筒形，振动能量耗散单元200设置在圆筒形容纳腔中，包括阻尼液210和漂浮在阻尼液210上的多个质量体220。

与前述实施例的阻尼器不同之处在于，多个质量体220自由漂浮在阻尼液210的液面上，相邻质量体220之间没有设置分隔板。波浪破碎犁耙形成在质量体220的外周表面上。波浪破碎犁耙221为形成在质量体220外表面上的多个齿状凸起221。在质量体220外表面上形成的多个齿状凸起221可以有顺排列或叉排排列，凸起221的高度可以一致或高低交错起伏，凸起221之间可以形成有纵横交错并互相连通的沟或槽，凸起221可以形成有锋利的尖或锋利的棱。优选地，质量体220表面做过防腐或本身是耐腐蚀材质，凸起221的表面形成有防腐层。

当多个质量体220漂浮与阻尼液中时，借助凸起221在相邻质量体220的波浪破碎犁耙之间形成叉排交错结构，维持相邻质量体220之间始终存在间隙，使得阻尼液在该间隙内不能持续沿着特定方向流动，形成动态耗散能量的间隙。

根据本发明的实施例，质量体220上的齿状凸起221交叉设置，当承载维护结构振动时，有序、有方向的波动的阻尼液体携带动能或动量与质量体220的外表面始终接触并相互作用，波浪破碎犁耙借助锋利的齿状凸起221对阻尼液体产生各个方向的表面力，并将与凸起221接触的流体分解为无数个小质量、流动方向四面八方都有分量的无序的小质量体的动能或动量。具体地，当阻尼液210由于振动而震荡时，震荡的液体冲击到质量体220的齿状凸起221上，与齿状凸221起发生碰撞，从而被破碎、分解为沿多个方向的小波浪。同时，质量体220外表面的凸起221之间的纵横交错的沟槽，使得朝一个方向的液体携带的大动能或大动量被分解为沿不同方向的小动能或小动量，继而不同方向的小动能或小动量再相互碰撞、削弱或抵消，使得液体获得并携带的具有方向性协同一致的总动能数值上被减小，液体被凸起及其沟槽分流后的分动量的矢量被大幅度削减。因此，多个质量体220能够对接触凸起的液体产生不同方向的分流流动和竖直方向的表面力、水平方向360度的表面力作用，以分解液体、分流液体动量的方式消耗掉围护结构传递的振动能量，避免承载围护结构10的振动超过预定幅度。同时，波浪破碎犁耙相互之间的碰撞，由于凸起的存在，使得接触、碰撞过程能量极度不守恒、衰减急速，利于振动能量无序化分解。

如图9所示，当阻尼器3000受到围护结构振动能量传递激发阻尼器产生顺风向(纵向)或横风向振动时，首先接收振动动能的一侧(图9中的左侧)将动能从该阻尼器3000固体边界传递给阻尼液210，在该边界处首先接收到振动动能的阻尼液发生较大程度的、初始阶段沿着围护结构传递给液体的振动方向晃动、发生波动。为了更直观地理解振动动能的传递和消散过程，以箭头在阻尼器3000中分布的密度和箭头朝向来表示阻尼液体振动能量的分布以及携带的振动能量导致阻尼液体波动的方向。

这里，用M1表示阻尼液首先接收到的振动动能或动量，用M2表示穿过振动能量耗散单元200后继续沿原来的振动方向F1传递到受限制的固体边界的动能或动量。图9中阻尼器左侧的阻尼液在接收到传递过来的动能后，阻尼液发生较大程度的波动，阻尼液的振动动能M1或动量数值较大，波动方向确定，基本上与振动方向一致。当阻尼液携带振动动能或动量碰撞质量体220并流经相邻质量体220之间的间隙时，阻尼液与波浪破碎犁耙发生碰撞，沿不同方向四散破碎，使得阻尼液的流体动量方向分解为沿多个不同方向的小(液体微团的)动能或动量。动能或动量在通过能量耗散间隙的过程中被不断消耗，当到达相对的另一侧时，动能或动量几乎消耗殆尽，只有少量的液体携带着振动动能或动量还沿着原先的晃动方向。因此，在振动能量M2通过阻尼器的横截面之后，所剩振动动能或动量M1已经被大幅减小或削弱。

因此，当承载围护结构中安装根据本发明第三实施例的阻尼器3000时，阻尼器3000的动态能量耗散间隙能够将携带着围护结构振动动能的液体动量进行调向，将大波量破碎为各向异性的小波浪，使得传递给阻尼液体的初始的振动能量被四散、分解，将有序的、有方向性的振动能量无序化，从而实现振动抑制效果。

如图9所示，质量体220的侧壁可以形成为磁性壁，多个质量体220的相邻的或不相邻的壁面的磁极性相同，同时为磁性的N极或同时为磁性的S极。因此，同极性磁性壁面之间形成非接触相斥力，相斥力使得相邻的两个质量体220相面对的两个表面之间始终能够形成间隙，或碰撞后自然分离。相邻两个质量体220由于同磁性的极性相斥力而形成的阻尼阻止波动液体的穿越、阻止液体晃动、抑制液面的波动、阻止阻尼液体波动能量的穿越和向对面180度方向固体壁面的传递、降低传递速率、衰减液面波动强度。阻尼大小与两者的间隙距离成反比，与磁场强度成正比。形成的阻尼抑制质量体220上下波动的速率(使质量体220的波动变得平缓)、抑制质量体220上下浮动，消耗液体波动过程携带的能量。同极性磁性犁耙之间的运动永远是各向异性的，永远处于抑制、打破波浪往复运动的周期性和惯性、打破波浪与波浪的关联性、打破波浪与犁耙之间的惯性关联作用。

因此，当在环形腔体内液体沿着环形结构振动、流动、波浪运动时，相邻质量体220之间的间隙能够形成使波动的液体上下或前后左右穿梭于两个质量体220的表面之间的穿梭通道，并在穿梭过程被破碎，将液体获得的振动动量破碎、分解、无序化。破碎后的液体分散成各个方向，总的动量(破碎后合成的动量)越来越小，最终耗散殆尽。

可以通过多种方式来使质量体220形成有磁性壁面。例如，可以在质量体220的表面上镀覆磁性层，或者形成质量体220的材料的外表面上包覆一层磁性材料，还可以在质量体220的侧壁上设置磁性体。

如图9所示，可以在质量体220的侧表面上设置第一磁体224，设置在不同质量体220上的第一磁体224的磁性相同，从而在相邻的质量体220之间产生排斥力，一方面避免质量体220扎堆、堆积，另一方面，使得当相邻质量体220靠近时，通过排斥力使得质量体220又相互分开，使得质量体220在阻尼液的液面上沿不同方向运动，相互排斥、还能自行翻滚、自动排布生成间隙、破碎切断液面上的定向流动路径，加快携带的振动动能的分解，实现抑制振动的功能。因此，多个质量体220在阻尼液表面上平移、震荡、翻滚，使得表面波携带的能量沿平面360度被击碎，并在空间六个维度范围内被分解。

除了在相邻的质量体220之间形成同极性的磁性壁面之外，还可以在质量体220与壳体的顶盖101之间形成同极性磁性壁面，同时为N极或同时为S极。同极性磁性壁面之间形成非接触相斥力，相斥力与质量体220与顶盖101之间的距离成反比，形成的阻尼与间隙距离成反比，与磁场强度成正比。形成的阻尼抑制质量体上下浮动、抑制阻尼液上下波动，消耗液体波动过程携带的能量。因此，能够抑制、消除、耗散承载围护结构上部、或顶部存在的俯仰振动、横向振动、顺风向振动携带的能量。

可以在顶盖101的下表面镀覆磁性层、附着由磁性材料制成的磁性层，或者附着磁性体，来使得顶盖101的下表面具有磁性。形成在顶盖101下表面上的第二磁性层225与质量体220上的第一磁性体224的极性相同。当质量体220为长方体、正方体、或柱体时，在质量体220的侧表面上形成有第一磁性体224，在质量体220上表面上形成有第三磁体226。第二磁体225和第三磁体226的极性相同，并相互面对设置，从而通过同性磁体之间的排斥力，使得质量体220与顶盖101进行柔性碰撞，或者避免质量体220碰撞壳体100的顶盖。

图12示出了根据本发明实施例的阻尼器中的质量体在阻尼液中上下震荡的过程。

根据本发明的实施例，由于壳体的顶盖101的下表面和质量体220的上表面设置为极性相同的磁性壁面，在质量体220在阻尼液中震荡上浮的过程中，顶盖101会对质量体220施加一个非接触式的排斥力。排斥力的大小与质量体220与顶盖101之间的距离成反比，形成的阻尼与间隙距离成反比，与磁场强度成正比。形成的阻尼抑制波浪破碎犁耙上下波动，抑制质量体220上下浮动，消耗液体波动过程中携带的能量。

与波浪沿水平方向穿过质量体220之间的间隙的过程类似，波浪在向上运动的过程中会穿过相邻质量体220之间的间隙，定向流动的液体被波浪破碎犁耙切断、分割、调向，从而四散开来，从而达到抑制质量体220上下波动、翻滚的效果。高低起伏的波浪使得质量体220在上下浮动的过程中，被液体淹没、从液体中浮出，在运动的过程中，不断与液体波浪撞击。当液体沿着质量体220之间的间隙向上爬升或降落的过程中，与质量体220上的齿状凸起221碰撞，受到相邻两个质量体220的挤压，流体被撞击、切割、分解，使得振动动能支离破碎，将有序的能量、高品质的能量化解为无序的、低品质的能量。

除了在质量体220的外表面上设置磁性体之外，还可以在多个质量体220之间设置弹性连接件227，形成相互连接的犁耙簇。通过弹性连接件227连接多个质量体220以及阻尼器壳体的内侧壁，使得多个质量体以网状形式布置在阻尼液液面上。

弹性连接件227使得质量体220之间始终有间隙，在示意图中将质量体220使用弹性连接件227连在阻尼器内壁，使得犁耙簇不会堆积在阻尼器内壁上，对犁耙簇的运动形成一定的束缚，以网状方式连接和分布的犁耙簇整体覆盖在液面上，由于受固体边界连接件弹性约束或相互间弹性约束，对液面波动过程不会造成与液面完全同幅度起伏的结果，相反，对质量体220周围的与其接触的液体的起伏有抑制作用、对起伏液体和绕流犁耙的液体有破碎作用，液体携带动量，破碎后四散，降低液体振动的总动量，加快振动能量的耗散速率，及时收敛振动、阻止扩大有抑制作用。即，对液体有两个方向的破碎作用，竖直方向，水平方向，构成立体耗散效果。

在根据本发明第三实施例中，弹性连接件227可以是弹簧构件，或者是能够弹性储能、具有自恢复反弹能力的材质，例如拉伸后能够回弹的橡皮筋。

在根据本发明第三实施例中，质量体220可以为长方体、立方体、圆柱体、圆球体、椎体等各种形状。可以通过浇注的方式在质量块的外表面上形成齿状凸起。

非磁性犁耙(即质量体220的外表面不具有磁性)的表面及其凸起可以是机床金属加工表面或机床金属加工模具冲压成型；磁性犁耙(即质量体220的外表面具有磁性)的表面可以是铁氧体永磁成型材料，也可以是烧结铝铁硼材料成型后续充磁获得。

根据本发明实施例的阻尼器，可以安装在风力发电机组的塔筒内。可针对系统的一阶振动、二阶振动设置相应的阻尼器，并使多个阻尼器沿塔筒的高度方向分层设置。阻尼器的外壁可以与塔筒的内壁紧紧固定在一起。

根据本发明的技术方案，为风力发电组的塔筒等承载围护结构构件了一种保护系统，在风电场建设过程中，预先安装在塔筒上部几段的内周，在塔筒内部构建对能量耗散的能力——结构阻尼，降低对塔筒基础的破坏，降低晃动对原有的上风向空气流面对塔筒绕流形成的攻角和气动外形的影响，提高风能利用率；同时还可以考虑现场风向的改变，能够自适应调整阻尼器的阻尼系数，解决吊装过程风力发电机组承载结构的塔筒本身受风诱发的晃动所带来的对塔筒基础连接件的破坏和隐患；降低建设成本，及早并网发电。同时重要的是：通过将根据本发明实施例的阻尼器应用于风力发电机组，能够抑制运行过程中的俯仰振动、横向振动，以提高风力机对风能利用的吸收系数、还能提高风能转化率、提高发电量；抑制投运过程中停机期间保障机组整机结构的稳定性。

因此，本发明的实施例不仅能够解决吊装过程塔筒承载结构本身的晃动所带来的对塔筒基础连接件的破坏和隐患，还能降低在风力发电机组运行过程中塔筒倾覆的风险，争取缩短建设时间并提高风力发电机组运行过程中的可靠性，使得风电场投资方和建设者双方受益。

此外，根据本发明的技术方案，解决了传统的振动抑制装置存在噪声的问题，避免了对生态环境造成的影响。

根据本发明的技术方案，除了应用于风力发电机组的塔筒之外，还可以应用于柱形的工厂烟囱或冷却塔等各种承载围护结构中，降低承载围护结构的因卡门涡街引起共振而倒塌的风险。

本发明的以上实施例仅仅是示例性的，而本发明并不受限于此。本领域技术人员应该理解：在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行改变，其中，本发明的保护范围在权利要求及其等同物中限定。

Claims (14)

1.一种用于承载围护结构中的阻尼器，其特征在于，所述阻尼器(3000)包括形成容纳腔的壳体(100)以及位于壳体(100)内的振动能量耗散单元(200)，

所述容纳腔包括储液腔(110)和位于所述储液腔(110)上部的质量体运动腔(120)，所述振动能量耗散单元(200)包括容纳于所述储液腔(110)中的阻尼液(210)和位于所述质量体运动腔(120)中的多个质量体(220)，相邻质量体(220)之间存在间隙，所述质量体(220)漂浮在所述阻尼液(210)的液面上，在所述质量体(220)的外表面上形成多个齿状凸起(221)，所述多个质量体(220)之间以及所述多个质量体与所述壳体(100)的内侧壁之间通过弹性连接件(227)相互连接，形成网状连接结构。

2.如权利要求1所述的阻尼器，其特征在于，所述质量体(220)上的齿状凸起(221)具有如下结构特征中的至少一种：

所述多个齿状凸起(221)有顺排列或叉排排列；

所述多个齿状凸起(221)高度一致或高低交错起伏；

所述多个齿状凸起(221)之间设置有纵横交错并互相连通的沟或槽；

所述凸起的边缘具有锋利的尖或锋利的棱。

3.如权利要求1所述的阻尼器，其特征在于，所述质量体(220)的外侧形成为磁性壁面，并且相邻的两个质量体(220)的相面对的表面具有相同的磁极性。

4.如权利要求3所述的阻尼器，其特征在于，所述壳体(100)包括顶盖(101)，所述顶盖(101)的下表面形成为磁性壁面，并且所述顶盖(101)的下表面与所述质量体(220)的上表面具有相同的磁极性。

5.如权利要求4所述的阻尼器，其特征在于，所述质量体(220)的外侧安装有第一磁体(224)或形成有第一磁性材料层。

6.如权利要求5所述的阻尼器，其特征在于，所述第一磁性材料层镀覆在所述质量体(220)的外表面。

7.如权利要求5所述的阻尼器，其特征在于，所述顶盖(101)的下表面上安装有第二磁体(225)或形成有第二磁性材料层，在所述质量体(220)的上表面安装有第三磁性体(226)或形成有第三磁性材料层。

8.如权利要求7所述的阻尼器，其特征在于，所述第二磁性材料层镀覆在所述顶盖(101)的下表面，所述第三磁性材料层镀覆在所述质量体(220)的上表面。

9.如权利要求1所述的阻尼器，其特征在于，所述质量体(220)为正方体、长方体形状、圆柱体、圆球体或锥状体。

10.如权利要求1所述的阻尼器，其特征在于，所述弹性连接件(227)为弹簧或由弹性橡胶材料制成的橡皮筋。

11.如权利要求1-10中任一项所述的阻尼器，其特征在于，所述阻尼器(3000)还包括加热器和散热结构，所述加热器设置在所述储液腔(110)，所述散热结构设置在所述壳体(100)的外侧壁上。

12.一种承载围护结构，其特征在于，所述承载围护结构中安装有如权利要求1-11中任一项所述的阻尼器。

13.如权利要求12所述的承载围护结构，其特征在于，所述承载围护结构为筒状结构，所述阻尼器安装在所述筒状结构的内表面上。

14.如权利要求13所述的承载围护结构，其特征在于，所述承载围护结构为风力发电机组的塔筒、通讯塔、工厂烟囱、冷却塔或桥梁支柱，所述阻尼器的数量为多个，沿着所述承载维护结构的高度方向间隔设置。

Images