CN109217222B - 抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置和螺纹机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置和自旋螺纹机构，本发明中的线圈绕组通电时，在线圈绕组的周围将产生交替变化的磁场，在气隙内产生旋转磁场，磁场的磁力线穿过第一导磁部件和第二导磁部。在第二导磁部件的导电条或电磁线圈内产生感应电流，进而导电条或电磁线圈中的电流在旋转磁场作用下获得转动力矩，从而带动转动部件周向转动，转动部件的螺纹部的连接长度增大或者减小，通过控制线圈绕组磁场的方向，实现转动部件自动正向和反向转动，从而实现转动部件连接长度的增大或者减小，这样与其连接的弹性部件的长度也被相应压缩或者拉伸，实现弹性部件刚度的调节。

Description

抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置和螺纹机构

技术领域

本发明涉及塔筒振动技术领域，特别涉及一种抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置和自旋螺纹机构。

背景技术

风力发电机组是一种将风能转化为电能的装置，其包括塔筒9，置于塔筒9顶部的风轮机1和发电机2，塔筒9的顶部设有机舱4，发电机2以及发电机开关柜4均位于机舱4内部。风轮机1吸收风能并转化为旋转机械能传递至发电机2，经发电机2将旋转机械能转化为电能。

发电机2连接有电缆5，电缆5将发电机2产生的电能传输至位于塔筒9底部的变流柜10。单根电缆5的横截面积大致为185mm2或者240mm2，通常连接于一个发电机2上用于电能传输的电缆5的数量有数根(有时有十几根)。机舱4通常转动安装于塔筒9顶部，以适应风轮机1捕捉风能。在机舱4转动过程中，连接于发电机2上的电缆5也需要同时随之发生扭转。

为了降低电缆5长期频繁扭转工作出现疲劳损害，目前电缆5的扭转由电缆5上段分担，即自顶部向下竖直垂落一定长度的电缆5承担电缆5的扭转。例如电缆5自顶部竖直垂落15至20米，180°的扭转由这15至20米来平均分担，这样每米平均最大偏转角度为9-12°/m。电缆5下段则经过类似马鞍面支架8运转到塔筒9壁，借助电缆5夹板、连接件、紧固件固定在塔筒9壁附近。

塔筒9通常为钢筒结构，钢筒的厚度比较小，高度比较高，大约几十米。在工作过程中，因外界风力作用塔筒9会产生一定程度的摆动，相应地，竖直垂落的电缆5上段因上端部连接位于塔筒9顶部的发电机2，在机舱4摇摆牵引作用力下，竖直垂落的电缆5上段也会产生摆动，因电缆5上段与塔筒9摆动存在一定时间的滞后性，故电缆5摆动过程会撞击塔筒9内壁。为了避免电缆5与塔筒9撞击带来的安全隐患，在塔筒9内还设置有挡圈6，挡圈6通过固定板7固定连接塔筒9内壁，竖直垂落的电缆5限制于挡圈6内部。

为了不影响电缆5随机舱4扭转，电缆5与挡圈6之间具有预定间隙，大致几十毫米。当电缆5顶部在机舱4牵引下摆动时，电缆5还是会与挡圈6的内壁产生撞击。

电缆5自身重量较大，一般为400Kg-800Kg，在大风、高湍流强度下，电缆5往复摆动的同时自身的振动频率也会加大，电缆5受重力作用，对机舱4上用于提拔电缆5设置的电缆5网兜产生的下坠作用加大。电缆5网兜在这种交变的下坠作用力作用之下，绳子勒进电缆5绝缘层、破坏绝缘导致漏电、短路失火。风电机组火灾扑救困难。

并且，当电缆5横向摆动频率在与塔筒9顶部一致(或接近)时，由于电缆5自身重量较大(400-800Kg)，上部约束端在塔筒9顶部机舱4控制柜，远离塔筒9底部地基基础，塔筒9顶部接受电缆5摆动施加的周期性荷载，只会加剧横向摆动幅度，破坏塔筒9基础。

另一方面，塔筒9横向摆动幅度加大后对于风力发电机组的风力机极为不利，降低风轮机1的桨叶吸收风能。

因此，如何提高电缆和塔筒的使用寿命和使用安全性，并且提高风力发电机组的发电效率，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种自旋螺纹机构，包括：

壳体；

线圈绕组，设置于所述壳体的周壁；

转动部件，与所述壳体周向转动连接，所述转动部件的两端部分别设置有螺纹部；

第一导磁部件，安装于所述壳体，并且位于所述线圈绕组的外围；

第二导磁部件和导电元件，固定于所述转动部件的外周壁，并且与所述线圈绕组的绕组具有一定间隙；

电源，用于给所述线圈绕组供交流电。

本发明中的线圈绕组通电时，在线圈绕组的周围将产生交替变化的磁场，在气隙内产生旋转磁场，磁场的磁力线穿过第一导磁部件和第二导磁部。在第二导磁部件的导电条或电磁线圈内产生感应电流，进而导电条或电磁线圈中的电流在旋转磁场作用下获得转动力矩，从而带动转动部件周向转动，转动部件的螺纹部的连接长度增大或者减小，通过控制线圈绕组磁场的方向，实现转动部件自动正向和反向转动，从而实现转动部件连接长度的增大或者减小，这样与其连接的弹性部件的长度也被相应压缩或者拉伸，实现弹性部件刚度的调节。

可选的，所述线圈绕组置于所述壳体的内周壁。

可选的，所述壳体与所述转动部件之间设置有轴承，所述转动部件通过所述轴承与所述壳体周向转动连接。

可选的，所述第二导磁部件包括铁心，在所述铁心表面开有槽，所述槽内嵌入导电条，所述导电条作为所述导电元件。

可选的，所述导电条的数量为多个，各所述导电条沿轴向延伸并且间隔均布于所述转动部件的周向，所述铁心的两端部分别设置有第一短路环)和第二短路环，各所述导电条的两端部通过相应短路环短路相接，所述两短路环和各所述导电条形成所述导电元件。

可选的，所述第二导磁部件包括铁心，在所述铁心表面开有槽，所述槽内嵌入电磁线圈，所述电磁线圈作为所述导电元件。

可选的，还包括刚性定位支架，所述刚性定位支架一端固定连接所述壳体，另一端设置有安装部，用于与外界的围护结构配合固定。

可选的，还包括变频器，所述电源通过所述变频器连通所述线圈绕组，所述变频器通过控制通入所述线圈绕组内部电流的大小，以控制所述转动部件的转动速度。

可选的，所述转动部件为套筒，所述转动部件两端部的螺纹部为所述套筒的两端部内壁的内螺纹部。

可选的，还包括第一轴段和第二轴段，所述第一轴段和第二轴段的相对端部均设置有外螺纹段，两所述外螺纹段分别与所述转动部件两端部的内螺纹部配合连接。

可选的，所述转动部件为一端设置外螺纹的杆状结构，另一端为设置内螺纹的筒状结构；或者，所述转动部件为螺杆。

此外，本发明还提供了一种抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置，包括上述任一项所述的自旋螺纹机构，还包括以下部件：

至少两个弹性部件，径向定位于摆动部件与围护结构之间，各所述弹性部件沿所述摆动部件周向布置；所述弹性部件与所述自旋螺纹机构一一对应，所述弹性部件的一端连接所述摆动部件，另一端与所述自旋螺纹机构的转动部件螺纹配合；

获取部件，用于获取所述围护结构的摆动参数或者/和所述摆动部件的摆动参数；

控制部件，用于通过摆动参数控制与各所述弹性部件相连接的转动部件转动，以调节各弹性部件的刚度，以使所述围护结构的摆动频率与所述摆动部件的摆动频率一致或接近一致，并且所述围护结构的摆动方向与所述摆动部件的摆动方向不一致。

可选的，所述获取部件为测振仪，所述摆动参数为所述围护结构顶部的摆动振幅或者摆动加速度或者摆动频率；

或者，所述获取部件为位移传感器，所述摆动参数为围护结构顶部的摆动位移；

或者，所述获取部件为加速度传感器，所述摆动参数为围护结构顶部的摆动加速度；

或者，所述获取部件为压力传感器，所述摆动部件的限位挡圈和各所述弹性部件之间、所述弹性部件与所述摆动部件之间、或者/和所述弹性部件与所述围护结构之间设有所述压力传感器；所述摆动参数为各所述弹性部件所受的压力；

或者，所述摆动参数为所述围护结构顶部的摆动幅度，或者所述摆动部件的摆动幅度，或者所述摆动部件的摆动频率；或者所述摆动部件与所述围护结构之间的撞击压力。

因抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置具有上述自旋螺纹机构，故其也具有自旋螺纹机构的上述技术效果。

附图说明

图1为现有技术中风机发电机组的结构示意图；

图2为本发明第一种实施例中抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置的结构示意图；

图3为电缆、限位挡圈位置的横截面剖视图；

图4为第一柔性囊和第二柔性囊碰撞原理图；

图5为第一种实施例中实施例中抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置的控制框图；

图6为本发明一种实施例中抑制围护结构横向振动的控制方法流程图；

图7为不同时刻电缆、塔筒的摆动状态示意图；

图8本发明第二种实施例中抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置的结构示意图；

图9为本发明第三种实施例中抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置的结构示意图；

图10为本发明第二种实施例中抑制围护结构横向振动的控制方法流程图；

图11为本发明一种具体实施例中刚度调节部件的结构图；

图12为本发明一种具体实施例中自旋螺纹机构的结构图；

图13为本发明另一种具体实施方式中抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置的控制框图；

图14为风力发电机组的结构示意图；

图15为本发明另一种实施例中抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置的结构示意图；

图16为压力传感器层的结构示意图；

图17为作动器层的结构示意图；

图18为本发明第三种实施例中抑制围护结构横向振动的控制方法流程图。

其中，图1中：

1风轮机，2发电机，3发电机开关柜，4机舱，5电缆，6挡圈，7固定板，8马鞍面支架，9塔筒，10变流柜；

其中，图2至图5、图7至图11、图14至图17中：

11第一柔性囊，11a抗击耐磨层，12第二柔性囊，13限位挡圈；14电缆护套；15压力源，16管路，17压力传感器，18测振仪；19位移传感器；

20弹性支撑组件；压力传感器21；

30自旋螺纹机构，31套筒，32第一轴段，33第二轴段，34壳体，35线圈绕组，36轴承，37定位支架；381第一短路环；382第二短路环；391第一导磁部件；392第二导磁部件；

40作动器；

50，塔筒，60电缆。

具体实施方式

以背景技术中提到的“电缆往复摆动对其自身以及电缆网兜等部件”产生的技术问题为基础，本文进入了深入研究，并提出了解决上述技术问题的技术方案。

本文以围护结构为塔筒，电缆为摆动部件为例，介绍技术方案，当然本领域内技术人员应当理解，围护结构不限于塔筒。

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2至图4，图2为本发明第一种实施例中抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置的结构示意图；图3为电缆、限位挡圈位置的横截面剖视图；图4为第一柔性囊和第二柔性囊碰撞原理图。

本发明提供了一种抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置，包括第一柔性囊11和第二柔性囊12，其中第一柔性囊11和第二柔性囊12分别设置于围护结构和摆动部件二者的接触面，即二者的碰撞面上。第一柔性囊11和第二柔性囊12的内部均充注有流体介质。

这样，当摆动部件与围护结构进行碰撞时，两者通过第一柔性囊11和第二柔性囊12碰撞接触，因第一柔性囊11和第二柔性囊12内部充注有流体介质，这样当两者碰撞时，第一柔性囊11和第二柔性囊12先缓冲被压缩吸收摆动部件的部分动能，将有序的机械动能转化为流体介质无序的热能，进而降低摆动部件撞击围护结构的动能，在一定程度上起到抑制围护结构横向振动的作用。

以塔筒50和电缆60为例，电缆60与设置于塔筒50上的限位挡圈13撞击过程能量被柔性囊中的气体或液体吸收，尤其是在大风、高湍流强度下，电缆60往复摆动的同时自身的振动频率也会加大，电缆60受重力作用，这时对机舱控制柜电缆60出口处提拔电缆60设置的电缆60网兜产生的下坠作用明显得到削弱，也就是下端的摆动导致的撞击过程的能量被流体吸收了一部分，由此，从电缆60下端传递到上端的下坠力的波动幅度被削弱了，解决了撞击过程能量的释放环节和撞击过程不平衡力的作用被流体无序化，将有方向性的横向不平衡力，即撞击力借助流体均一化，均一化代表各个方向都有，自然就内部消耗了。电缆60网兜所受这种交变的下坠作用力在下端几乎没有传上去。绳子受波动力勒进电缆60绝缘层、破坏绝缘受到了控制，彻底消除现有技术硬碰硬的情形。经过这种实施方案以后，电缆网兜对电缆的破坏会大幅度降低，从而起到了对电缆的保护。

本文中无序化是基于热力学第二定律，从能量品质高低这一评价方法对电缆60与限位挡圈13撞击进行实质性能量转化表述，即：将高品质机械能(电缆60摆动过程携带的机械能)通过撞击被流体(气体或液体)耗散或部分吸收了。耗散或吸收将机械能转化成低品位的无序能了，是自发的过程。这种耗散过程是对由塔筒50顶部横向摆动传递给电缆60的高品质机械能向低品位热力学能的转化，最终耗散在自然环境中一去不复返了。

并且，本发明中进一步设置有压力调节部件，用于调节第一柔性囊11和/或者第二柔性囊12内部流体介质的压力，将两者的内部压力调节至合适压力，在撞击过程中，第一柔性囊11和第二柔性囊12被压缩产生反向的作用力，该反向作用力将摆动部件反向推回，以使所述摆动部件与所述围护结构的振动方向相反。

当然，压力调节部件为与柔性囊中流体介质相匹配的零部件，包括压力源15和压力管路16、压力控制阀以及流量控制阀(图2中未示出)。当流体介质为液体时，压力源可以为液压泵，当流体介质为气体时，压力源可以为空压机。压力调节部件可以安装于塔筒50上，也可以安装于地面上。关于压力调节部件的具体结构本文不做具体介绍。

上述第一柔性囊11和所述第二柔性囊12为分层或者组合分层结构。第一柔性囊11的碰撞表面可以设置抗击耐磨层11a。

请结合图5和图6，图5为第一种实施例中实施例中抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置的控制框图；图6为本发明一种实施例中抑制围护结构横向振动的控制方法流程图。

上述柔性囊的抑制围护结构横向振动装置可以通过以下控制方法进行控制，具体方法为：

S10、预设第一柔性囊11和第二柔性囊12分别于围护结构和摆动部件二者的接触面；

S11、获取围护结构或者摆动部件的摆动参数；

相应地，为了实现自动化控制，抑制围护结构横向振动装置可以包括获取部件，获取部件用于获取围护结构的摆动参数。获取部件可以为测振仪18，安装于围护结构的侧壁，摆动参数为围护结构顶部的摆动振幅或者摆动加速度或者摆动频率；

或者，获取部件为位移传感器19，可以设置于围护结构(塔筒)顶部，如图7所示，摆动参数为围护结构顶部的摆动位移；

或者，获取部件为加速度传感器，摆动参数为围护结构顶部的摆动加速度。

摆动参数还可以为围护结构的摆动频率，相应地，获取部件为安装于摆动部件相应位置的测振仪。

摆动参数还可以为摆动部件与围护结构之间的撞击压力，相应地，获取部件为压力传感器。

当然，摆动参数也可以为摆动部件的振幅、摆动加速度或者摆动频率等参数。

S12、根据摆动参数调节第一柔性囊11和/或第二柔性囊12内部流体介质的压力，以施加相反的激励于摆动部件，以减弱摆动部件的摆动和围护结构的横向振动。

第一柔性囊11和/或第二柔性囊12内部流体介质的压力是否调节到位可以由安装于柔性囊表面的压力传感器17检测，如图2所示。当然上述第一柔性囊11和/或第二柔性囊12内部流体介质的压力也可以由安装于压力调节部件中的压力表等部件检测。

也就是说，通过调节第一柔性囊11和/或第二柔性囊12的内部流体介质的压力，可以对摆动部件施加一个与围护结构摆动相反的激励，这样可以通过摆动部件反向牵制围护结构，削减围护结构的横向摆动。也可以通过调节柔性囊的内部压力施加一个与摆动部件摆动相反的激励，减弱摆动部件的摆动，相应地，摆动部件施加于围护结构的牵引力也相应减小，也可以降低围护结构的横向摆动幅度。

相应地，抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置包括控制部件，控制部件根据获取的摆动参数调节第一柔性囊11和第二柔性囊12内部流体介质的压力，施加相反的激励于摆动部件，以控制摆动部件的摆动频率远离所述围护结构的固有频率。这样可以避免摆动部件的摆动诱发与围护结构发生共振。控制部件可以设置于地面，便于操作人员操控。

摆动相反可以为摆动方向相反，也可以为摆动加速度相反。

步骤S12具体可以为：根据获取的摆动参数调节第一柔性囊11或者/和第二柔性囊12内部压力，以使摆动部件的摆动方向与围护结构的摆动方向相反；或者，根据获取的摆动参数调节第一柔性囊11或者/和第二柔性囊12内部压力，以使对第一柔性囊11或者/和第二柔性囊12的碰撞频率降低，或者在碰撞过程中对第一柔性囊11或者/和第二柔性囊12产生的撞击压力在不断减小。第一柔性囊11、第二柔性囊12分别至少含有一个压力传感器，两个压力传感器连接控制部件，控制部件的用于传感器数据采集的前向通道还包含对一个或两个柔性囊相互碰撞频率的测量电路。该测量电路能够反映在撞击过程中柔性囊被压缩或被释放(压力恢复、回升)时的压力变化情况。具体地，在柔性囊被压缩过程中，其内部压力升高；柔性囊在被释放过程中，其压力降低、压力向未撞击前的常态恢复。这种压力的变化，由升高、降低、再升高…，把柔性囊内非电量压力的变化信号经触发器转换成脉冲信号输出，再用计数器对脉冲信号(脉冲数量)进行计数，即获得柔性囊相互撞击频率。或由触发器经信号变换器变成模拟量输出，模拟量输出的幅值的大小变化反映撞击频率的变化。这也就实现了一种压力传感器对撞击压力、撞击频率的测量。以摆动部件为例，在工作时，控制部件控制压力调节部件，根据获取的摆动部件的摆动参数(撞击频率、撞击压力)调节(升高或降低)第一柔性囊11或者/和第二柔性囊12内部压力，连续测量预定时间段内的摆动部件的摆动参数，获得该摆动参数变化趋势，如果这些摆动参数发散的(增大)，则控制部件反方向调节(降低或升高)第一柔性囊11或者/和第二柔性囊12内部压力，如此循环，以此类推，直到达到最终的调节目标，即撞击频率降低和/或撞击压力降低。

请参考图7，图7为不同时刻电缆60、塔筒50的摆动状态示意图

例如在某一时刻，围护结构向左摆动时，通过调整第一柔性囊11和第二柔性囊12的压力，可以实现摆动部件向右摆动。以图7为例，图7中示出了三个时刻电缆60、塔筒50的摆动状态，左图中塔筒50向右摆动且塔顶的位移为S，此刻通过调整柔性囊内部压力使电缆60向左摆动，摆动角度为θ；中间图中塔筒50和电缆60同时处于中间位置；右图中塔筒50顶部向左摆动且摆动位移为S，此刻通过调整柔性囊内部压力使电缆60向右摆动，摆动角度为θ。即摆动部件与围护结构摆动方向相反，可以牵制围护结构的摆动，进一步削弱了围护结构的摆动幅度或者加速度。

当然，通过合理控制可以实现摆动部件与围护结构顶部的振动方向相反，且与围护结构的顶部的振动频率一致。

在一种具体实施方式中，抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置还包括限位部件，用于限制摆动部件的摆动幅度，限位部件固定于围护结构。以围护结构为塔筒50为例，限位部件通常为限位挡圈，限位挡圈主要安装于塔筒50内部，位于塔筒50上段，起到限制自机舱顶部垂落的15至20米电缆60的摆动的作用。限位挡圈的数量可以为两个或者多个，自上而下布置，电缆60的垂落部依次穿过限位挡圈内部。

限位挡圈13可以通过支撑组件固定连接塔筒50的内壁，第一柔性囊11设置于限位挡圈13的内周壁，与限位挡圈13相对应的电缆60的外周壁设置有第二柔性囊12。

为了连接可靠性，支撑组件的数量可以为多个，各支撑组件可以沿径向延伸，各支撑组件沿限位挡圈13的周向均匀布置。

在以上能量吸收的思路下，本发明还提供另一种可以削减围护结构横向振动的结构和控制方法。

请参考图8至图9，图8本发明第二种实施例中抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置的结构示意图；图9为本发明第三种实施例中抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置的结构示意图。

在第二种具体实施例和第三种实施例中，本发明中抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置还包括至少两个弹性支撑组件20，各弹性支撑组件20沿摆动部件周向布置，弹性支撑组件20包括沿径向可伸缩的弹性部件，弹性部件定位于摆动部件和围护结构。

第二种具体实施例和第三种具体实施例不同的是弹性部件的内端部一者与电缆60固定连接，另一者与限位挡圈连接。需要说明的是，本文将弹性部件靠近电缆60的一端定义为内端部，靠近塔筒的另一端部定义为外端部。

第二种具体实施例中，摆动部件的周向固定有护套，各弹性部件的内端部固定连接护套。以摆动部件为电缆60为例，弹性部件的内端部可以固定连接于电缆60上，如图8所示，图8中给出了弹性部件的内端部固定于电缆60上的电缆60护套14固定连接，这样在电缆60摆动过程中始终压缩或者拉伸弹性部件。

另外，图8中设置柔性囊位置未示出将限位挡圈固定于塔筒50上的支撑组件。

在第三种具体实施例中，弹性部件的内端部固定连接于限位挡圈上，如图9所示电缆60位于限位挡圈13的内部并且与限位挡圈13周向具有预定间隙a。

这样，当电缆60碰撞至限位挡圈13后，才开始压缩或者拉伸弹性部件。

限位挡圈与实施例1中的限位挡圈作用相同，用于限制摆动部件摆动时的位移，摆动部件通常设置于限位挡圈内部，振动时，摆动部件与限位挡圈内壁碰撞。

弹性部件可以沿径向延伸，优选弹性部件为弹簧或者高分子橡胶材料绳。

第二种具体实施例和第三种具体实施例中的抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置可以通过弹性部件耗散和存储摆动部件的振动能量，削减摆动部件的振动，进而减小摆动部件施加于塔筒50顶部的牵引力，有利于降低塔筒50的顶部的横向振动。

第二种具体实施例和第三种具体实施例中抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置可以单独使用，也可以与第一种具体实施例中的柔性囊方案结合使用或者组合使用。即在塔筒50中设置两个或者多个上述实施例中的抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置。

请再次参考图9，第四种具体实施例中，抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置还包括刚度调节部件。

刚度调节部件的作用为用于调节弹性部件的刚度，优选的刚度调节部件调节弹性部件的长度以改变弹性部件的刚度，以削减所述围护结构的横向振动。弹性部件，例如弹簧，其刚度是载荷增量dF与变形增量dλ之比，即产生单位变形所需的载荷，弹簧的刚度计算公式为F'＝dF/dλ。这里选用特性线为渐增型的弹簧，其刚度随着载荷的增加而增大。

通过弹性部件与刚度调节部件的组合，首先吸收摆动部件摆动过程的机械能(储能)，在弹性部件伸展时用来主动激发悬挂摆动部件摆动，通过调整弹性部件的刚度控制电缆60摆动频率和幅度，即借助弹性部件将压缩过程的蓄能在伸展时用于给予摆动部件补充横向摆动幅度所需的能量。

第四种具体实施方式为第一具体实施例和第二具体实施例的结合，第一具体实施例中为了进一步缓冲电缆60等摆动部件对围护结构的冲击，支撑组件可以为以下结构。

具体地，支撑组件可以包括沿径向可伸缩的弹性部件，弹性部件的两端分别连接限位挡圈和围护结构。

电缆60在与限位挡圈碰撞过程中，首先利用柔性囊之间的撞击吸收部分机械动能，其次因碰撞，部分弹性部件也将被压缩，另一部分弹性部件被拉伸，可以起到存储机械能的作用，在一定程度上削减了电缆60与限位挡圈之间的碰撞机械能，降低了电缆60作用于塔筒50上的撞击力。

进一步地，支撑组件除了包括弹性部件外，还包括刚度调节部件，刚度调节部件的作用、结构可以与上述描述相同，均是用于调节弹性部件的刚度。弹性部件刚度的调节可以根据实际工作工况中电缆60或者塔筒50的振动频率、摆动幅度和摆动加速度进行调节。

上述实施例中的弹性部件和刚度调节部件可以依次连接于限位挡圈和围护结构之间，刚度调节部件的纵向长度可以调节，刚度调节部件伸长或者缩短必然导致弹性部件也随之伸长或者缩短，弹性部件的长度不同其刚度也随之不同。

请参考图10，图10为本发明第二种实施例中抑制围护结构横向振动的控制方法流程图。

具体地，设置刚度调节部件的实施例可以按下控制方法对弹性部件的刚度进行控制：

S20、预先将限位挡圈通过至少两个弹性部件连接于围护结构；

S21、获取围护结构或/和摆动部件的摆动参数；

相应地，摆动参数通过获取部件进行获取，摆动参数的种类以及获取部件可以参见步骤S11中的描述。

其中压力传感器21可以设置与弹性部件与限位挡圈之间，或者弹性部件与围护结构之间。通过压力传感器21感知弹性部件的刚度的变化。

S22、根据获取的摆动参数调节各弹性部件的刚度，以施加相反的激励于摆动部件。

激励即为作用力，施加相反的激励于摆动部件后，使摆动部件摆动频率与围护结构摆动频率一致或接近一致，并且摆动部件摆动方向与围护结构摆动方向不一致或者反向；或者使摆动部件的加速度与围护结构摆动加速度不一致或者反向。

同理，获取部件为测振仪，摆动参数为所述围护结构顶部的摆动振幅或者摆动加速度或者摆动频率；

或者，获取部件为位移传感器19，摆动参数为围护结构顶部的摆动位移；

或者，获取部件为加速度传感器，摆动参数为围护结构顶部的摆动加速度。

相应地，抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置包括控制部件，控制部件获取的摆动参数调节各弹性部件的刚度，以施加与围护结构或者摆动部件摆动相反的激励。

调整弹性部件刚度步骤具体可以为通过拉伸或者压缩弹性部件的长度改变弹性部件的刚度。

当连接限位挡圈的弹性部件被不同程度的压缩或者拉伸时，限位挡圈的水平位置也相应被改变。为了进一步降低摆动部件摆动对围护结构顶部的牵引力，本文还进一步进行如下控制。

步骤S22中进行刚度调节外，还进行以下步骤：在摆动部件摆动过程中，根据摆动参数调整各弹性部件的长度改变限位挡圈的位置，以降低摆动部件的摆动幅度或者摆动加速度或者摆动频率。

改变限位挡圈的位置相应改变摆动部件与限位挡圈周向的间隙a，在摆动方向上，摆动部件由最低点向右摆动和向左摆动的最大位移不同，也就是说，摆动部件在限位挡圈之间非简谐振动，非简谐振动情况下，摆动部件的能量越来越小，这样摆动部件施加于围护结构顶部的作用力也越来越小，相应减弱了摆动部件对围护结构横向振动的诱发因素。

也就是说，在摆动部件摆动过程中对摆动部件施加一与摆动方向相反的作用力，例如图9所示，图9中示出设置6个弹性部件的实施方式，其中弹性部件分别标记为：K1、K2、K3、K4|、K5、K6，沿限位挡圈13外周壁均匀布置。当电缆60向左摆过6点钟方向还未摆动至最大位移时，通过调节弹性部件的长度移动限位挡圈位置以阻碍电缆60的摆动。图中给出限位挡圈通过中心对称的六个弹性部件固定与围护结构上的实施例，当电缆60向左摆动时，可以使弹性部件K1伸长，使弹性部件K4缩短，从而使电缆60与限位挡圈之间变成非等间隙，使得电缆60在限位挡圈内部非简谐振动。这样可以消耗电缆60的摆动动能，降低电缆60的摆动幅度、加速度和频率中至少一者。

通过交替对电缆60时间横向激振力可以大幅度减弱电缆60的摆动幅度和加速度。

在一种具体控制方法中，各弹性部件刚度的调节可以依据电缆60与限位挡圈之间的压力，即支撑组件还包括压力传感器21，压力传感器21设置于弹性部件与限位挡圈，或者弹性部件与塔筒50之间。每一个支撑组件中的压力传感器可以检测限位挡圈周向相应位置所受的压力，进而根据获取的周向不同位置的压力值，调节刚度调节部件的长度，进而起到调节弹性部件刚度的目的。通过调节各弹性部件的刚度，控制电缆60的摆动频率和摆动幅度，即借助弹性部件将压缩过程的蓄能在伸展时用于给予电缆60补充横向摆动幅度的所需的能量。可以最大限度降低由此诱发的塔筒50的不同横向振动幅度和加速度的大小。

请参考图11至图13，图11为本发明一种具体实施例中刚度调节部件的结构图；图12为本发明一种具体实施例中自旋螺纹机构的结构图；图13为本发明另一种具体实施方式中抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置的控制框图。其中，图11和图12中的k表示弹性部件。

具体地，上述实施例中的刚度调节部件可以包括连接件和驱动部件。

连接件的两端部中至少一者与弹性部件或者围护结构螺纹连接。也就是说，连接件可以仅与弹性部件螺纹连接，与围护结构周向转动连接；连接件也可以仅与围护结构螺纹连接，与弹性部件周向转动连接。当然，连接件的两端部可以均为螺纹结构，分别与围护结构和弹性部件螺纹连接。

在一种优选的实施方式中，连接件可以为套筒31，套筒31的两端部内壁分别设置有内螺纹，刚度调节部件还包括支撑件，支撑件的内端部具有与套筒31相应端部螺纹配合的外螺纹部，支撑件的外端部固定连接围护结构的内壁。

上述实施例中的驱动部件可以为自旋螺纹机构30，包括壳体34、线圈绕组35、转动部件、第一导磁部件391、第二导磁部件392、导电元件和电源。

壳体34主要作用有两方面，其一为其他部件的安装提供支撑基础；其二，与塔筒50等围护结构配合安装。

线圈绕组35设置于壳体34的周壁，转动部件与壳体34周向转动连接，转动部件的两端部分别设置有螺纹部。上述实施例中的套筒31相当于转动部件，当然，自旋螺纹机构30中的转动部件不局限于套筒31结构，还可以为螺杆，或者一端为设置外螺纹的杆状结构，另一端为设置内螺纹的筒状结构。

第二导磁部件392固定于转动部件的外周壁，并且与线圈绕组35具有一定的间隙m。电源用于给线圈绕组35供交流电。

以调节摆动方向上两个弹性部件的刚度为例，通过控制摆动方向上两个套筒31向相反方向转动，即可实现一侧弹性部件的伸长，另一侧弹性部件的压缩，促使电缆60对称方向交替受力。线圈绕组35可以置于壳体34的内周壁。

在一个实施方式中，第二导磁部件392是铁心，在铁心表面沿径向开有槽，槽内嵌入有导电条，导电条的数量为多个，各导电条沿轴向延伸并且间隔均布于所述转动部件的周向，铁心的两端部均设置有短路环，各导电条的两端部均通过相应短路环短路相接，两短路环和各导电条形成上述导电元件。如图12所示，各导电条的两端部分别设置有第一短路环381和第二短路环382。导电条可以与线圈绕组35位置相对。导电条数量越多，相应驱动转动部件转动的力越大。

在另一实施方式中，第二导磁部件392是铁心，在铁心表面沿径向开有槽，槽内嵌入有电磁线圈。电磁线圈构成的绕组可以向外借助滑环引出，外接变阻器或外接变频器。

当本发明中的线圈绕组35通电时，在线圈绕组35的周围将产生交替变化的磁场，在气隙内产生旋转磁场，磁场的磁力线穿过第一导磁部件391和第二导磁部件392。在第二导磁部件392的导电条或电磁线圈内产生感应电流，进而导电条或电磁线圈中的电流在旋转磁场作用下获得转动力矩，从而带动套筒31周向转动，套筒31的螺纹部的连接长度增大或者减小，通过控制线圈绕组35磁场的方向，实现套筒31自动正向和反向转动，从而实现转动部件连接长度的增大或者减小，这样弹性部件的长度也被相应压缩或者拉伸，实现弹性部件刚度的调节。

第二导磁部件392可以为转子铁心，在这里热套于转动部件的外周壁。

为了实现转动部件的周向转动，壳体34与转动部件之间还可以设置轴承36，转动部件通过轴承36与壳体34周向转动连接。转动部件的两端部可以均设置有轴承36。轴承36可以为两列圆锥滚子轴承，也可以为两列球轴承，或者一列球轴承、一列圆锥滚子轴承的组合，总之需要克服电机轴向推力。电机轴向推力来自套筒31两端螺纹连接部件间距的调整。

转动部件可以通过弹簧连接摆动部件或者摆动部件的限位挡圈。这样可以减小转动部件所受的摆动部件的冲击力。

以转动部件为套筒31为例，自旋螺纹机构30进一步包括第一轴段32和第二轴段33，两者的相对端部均设置有外螺纹段，第一轴段32和第二轴段33的外螺纹段分别与套筒31的两端部的内螺纹部配合连接。

当然为例实现第一轴段32与套筒31、第二轴段33与套筒31之间连接螺纹长度的改变，第一轴段32和第二轴段33之间必然存在预定间隙。第一轴段32和第二轴段33的另一端部可以分别与弹性部件和塔筒50固定连接。

工作时，控制部件通过摆动参数控制与各弹性部件相连接的套筒31转动，以调节各弹性部件的刚度，通过压力传感器的检测数值判断弹性部件的刚度是否调节至合适数值，进而判断套筒31是否继续转动。

自旋螺纹机构30还包括定位支架37，定位支架37一端固定连接壳体34，另一端设置有安装部，用于与外界的围护结构配合固定。安装部可以根据围护结构的具体结构设定，例如定位支架37可以为L型，包括横臂和立臂，立臂与套筒31固定，横臂与塔筒50固定。

自旋螺纹机构还包括变频器(图中未示出)，电源通过变频器连通线圈绕组35，通过变频器控制通入线圈绕组35内部电流的大小，可以控制套筒31的转动速度，相应控制弹性部件长度调节的速度，有利于交替对电缆60等摆动部件施加横向激振力。

图14中给出了风力发电机组上设置3组具有自旋螺纹机构的抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置的实施方式，其中风力发电机组的其他结构可以与现有技术相同，在此不做赘述。

在上述实施例的基础上，本发明进一步提出了一种抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置，具体如下。

请参考图15至图17，图15为本发明另一种实施例中抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置的结构示意图；图16为压力传感器层的结构示意图；图17为作动器层的结构示意图。

在另一具体实施例中，抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置包括获取部件、控制部件和作动器。获取部件用于获取摆动部件的摆动参数。作动器40的作用为施加与摆动部件的摆动方向相反的作用力于摆动部件。作动器的固定部可以固定连接围护结构，作动器40的动作部施加力于摆动部件。

控制部件，根据获取的摆动参数控制作动器40动作，以使摆动部件非简谐摆动。

以摆动部件在竖直平面内摆动为例，在未达到最大摆动幅度之前，作动器40可以对摆动部件施加一个与其摆动方向相反的水平方向力，消弱摆动部件的摆动，进而降低摆动部件的摆动幅度或者摆动加速度，以及改变摆动频率。

具体地，作动器40的动作部与摆动部件的摆动端部固定连接，以摆动部件为电缆60为例，作动器40的动作部连接固定于电缆60的电缆60护套14上。

当然，该装置还可以包括限位挡圈，其与上述实施例中的限位部件的作用相同，用于限制摆动部件的摆动幅度，电缆60等摆动部件的摆动端部设于限位挡圈内部。作动器40的动作部固定连接限位挡圈，驱动限位挡圈在垂直摆动平面内移动。

控制部件根据获取的摆动参数控制作动器40动作，将限位部件驱动至预定位置，以使摆动部件非简谐摆动。

作动器40可以驱动限位部件在水平面移动，这样可以根据摆动参数，在摆动部件摆动过程中调节限位部件于合适位置，以降低摆动部件的摆动幅度或者摆动加速度。

作动器40的数量为至少两个，沿所述摆动部件的周向中心对称分布。

获取部件为压力传感器22，并且压力传感器22的数量至少为两个，分别用于检测摆动过程中摆动部件与围护结构周向不同位置的作用力。

各所述压力传感器22通过支架23均布于摆动部件与围护结构周向，并且与作动器分层平行设置。

上述支架23可以为刚性支架，刚性支架的内端部连接摆动部件或者摆动部件的电缆60护套14或者摆动部件的限位挡圈。压力传感器22通过刚性支架与电缆60或者刚性支架与限位挡圈连接，可以有效、快速获取电缆60的摆动压力，提高控制准确性。

上述实施例中的作动器可以通过弹簧连接摆动部件或者摆动部件的限位挡圈。

请参考图18，图18为本发明第三种实施例中抑制围护结构横向振动的控制方法流程图。

具体控制方法为：

S30、获取摆动部件的摆动参数；

S31、在摆动部件摆动过程中，根据获取的摆动参数控制作动器动作，以施加与摆动部件的摆动方向相反的作用力于摆动部件使摆动部件非简谐摆动，进而降低摆动部件的摆动幅度或者摆动加速度或摆动频率。

尤其，改变限位挡圈的位置相应改变摆动部件与限位挡圈周向的间隙a，在摆动方向上，摆动部件由最低点向右摆动和向左摆动的最大位移不同，也就是说，摆动部件在限位挡圈之间非简谐振动，非简谐振动情况下，摆动部件的能量越来越小，这样摆动部件施加于围护结构顶部的作用力也越来越小，相应减弱了摆动部件对围护结构横向振动的诱发因素。

作动器的结构可以为多种形式。在一种优选的实施方式中，作动器的结构可以为上述实施例所描述的自旋螺纹机构30。作动器也可以为伸缩缸或其他动力部件。

当然，该实施例中的抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置还可以包括上述柔性囊等部件，在此不做详述。

以上对本发明所提供的一种抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置、控制方法和自旋螺纹机构进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (13)

1.一种自旋螺纹机构，其特征在于，包括：

壳体(34)；

线圈绕组(35)，设置于所述壳体(34)的周壁；

转动部件，与所述壳体(34)周向转动连接，所述转动部件的两端部分别设置有螺纹部；

第一导磁部件(391)，安装于所述壳体(34)，并且位于所述线圈绕组(35)的外围；

第二导磁部件(392)和导电元件，固定于所述转动部件的外周壁，并且与所述线圈绕组(35)的绕组具有一定间隙；

电源，用于给所述线圈绕组(35)供交流电。

2.如权利要求1所述的自旋螺纹机构，其特征在于，所述线圈绕组(35)置于所述壳体(34)的内周壁。

3.如权利要求1所述的自旋螺纹机构，其特征在于，所述壳体(34)与所述转动部件之间设置有轴承(36)，所述转动部件通过所述轴承(36)与所述壳体(34)周向转动连接。

4.如权利要求1所述的自旋螺纹机构，其特征在于，所述第二导磁部件包括铁心，在所述铁心表面开有槽，所述槽内嵌入导电条，所述导电条作为所述导电元件。

5.如权利要求4所述的自旋螺纹机构，其特征在于，所述导电条的数量为多个，各所述导电条沿轴向延伸并且间隔均布于所述转动部件的周向，所述铁心的两端部分别设置有第一短路环(381)和第二短路环(382)，各所述导电条的两端部通过相应短路环短路相接，所述两短路环和各所述导电条形成所述导电元件。

6.如权利要求1所述的自旋螺纹机构，其特征在于，所述第二导磁部件包括铁心，在所述铁心表面开有槽，所述槽内嵌入电磁线圈，所述电磁线圈作为所述导电元件。

7.如权利要求1所述的自旋螺纹机构，其特征在于，还包括刚性定位支架(37)，所述刚性定位支架(37)一端固定连接所述壳体(34)，另一端设置有安装部，用于与外界的围护结构配合固定。

8.如权利要求1所述的自旋螺纹机构，其特征在于，还包括变频器(7)，所述电源通过所述变频器(7)连通所述线圈绕组(35)，所述变频器(7)通过控制通入所述线圈绕组(35)内部电流的大小，以控制所述转动部件的转动速度。

9.如权利要求1至8任一项所述的自旋螺纹机构，其特征在于，所述转动部件为套筒(31)，所述转动部件两端部的螺纹部为所述套筒(31)的两端部内壁的内螺纹部。

10.如权利要求9所述的自旋螺纹机构，其特征在于，还包括第一轴段(32)和第二轴段(33)，所述第一轴段(32)和第二轴段(33)的相对端部均设置有外螺纹段，两所述外螺纹段分别与所述转动部件两端部的内螺纹部配合连接。

11.如权利要求1至8任一项所述的自旋螺纹机构，其特征在于，所述转动部件为一端设置外螺纹的杆状结构，另一端为设置内螺纹的筒状结构；或者，所述转动部件为螺杆。

12.一种抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置，其特征在于，包括上述权利要求1至11任一项所述的自旋螺纹机构，还包括以下部件：

至少两个弹性部件，径向定位于摆动部件与围护结构之间，各所述弹性部件沿所述摆动部件周向布置；所述弹性部件与所述自旋螺纹机构一一对应，所述弹性部件的一端连接所述摆动部件，另一端与所述自旋螺纹机构的转动部件螺纹配合；

获取部件，用于获取所述围护结构的摆动参数或者/和所述摆动部件的摆动参数；

控制部件，用于通过摆动参数控制与各所述弹性部件相连接的转动部件转动，以调节各弹性部件的刚度，以使所述围护结构的摆动频率与所述摆动部件的摆动频率一致或接近一致，并且所述围护结构的摆动方向与所述摆动部件的摆动方向不一致。

13.如权利要求12所述的抑制围护结构横向振动及保护摆动部件的装置，其特征在于，所述获取部件为测振仪，所述摆动参数为所述围护结构顶部的摆动振幅或者摆动加速度或者摆动频率；

或者，所述获取部件为位移传感器，所述摆动参数为围护结构顶部的摆动位移；

或者，所述获取部件为加速度传感器，所述摆动参数为围护结构顶部的摆动加速度；

或者，所述获取部件为压力传感器，所述摆动部件的限位挡圈和各所述弹性部件之间、所述弹性部件与所述摆动部件之间、或者/和所述弹性部件与所述围护结构之间设有所述压力传感器；所述摆动参数为各所述弹性部件所受的压力；

或者，所述摆动参数为所述围护结构顶部的摆动幅度，或者所述摆动部件的摆动幅度，或者所述摆动部件的摆动频率；或者所述摆动部件与所述围护结构之间的撞击压力。