CN109595292B - 一种可调控的夹套式海上风力发电机的调谐阻尼器 - Google Patents

一种可调控的夹套式海上风力发电机的调谐阻尼器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可调控的夹套式海上风力发电机的调谐阻尼器，包括滑动设置在地面上的外阻尼腔体单元(1)和滑动设置在外阻尼腔体单元(1)内的内阻尼腔体单元(5)，外阻尼腔体单元(1)的外壁通过耗能弹簧(4)与风力发电机连接，外阻尼腔体单元(1)中部设有一个向下凹陷的空腔(10)，内阻尼腔体单元(5)滑动设置在空腔(10)的底板上，且内阻尼腔体单元(5)的侧壁与空腔(10)的内壁通过耗能弹簧(4)连接，外阻尼腔体单元(1)和内阻尼腔体单元(5)的内部密闭，在外阻尼腔体单元(1)和内阻尼腔体单元(5)的内部装有液体(2)，并留有空气。与现有技术相比，本发明在风或/和地震作用下，具有多种耗能机制，耗能能力强。

Description

一种可调控的夹套式海上风力发电机的调谐阻尼器
技术领域
本发明涉及土木结构振动控制技术领域，具体涉及一种可调控的夹套式海上风力发电机的调谐阻尼器。
背景技术
作为可再生能源，风能在过去几十年中引起了人们的大兴区。虽然相应设施已经具有了极其悠久的历史背景，但现代风力涡轮机在二十世纪初才初具模型，如丹麦、德国、美国、印度和意大利(Vestergard,Brandstrup,&Goddard,2004)。在过去的时间里，海上涡轮机因其稳定性和高效性受到了越来越多的关注，与此同时，在海浪的冲击以及特殊结构方面上的新问题也引起了工程界的广泛关注。
一般来说，海上风力涡轮机的支撑结构主要由单桩式、张力腿平台式以及夹套式。单桩支撑结构适用于约30米的深度，而夹套支撑结构通常用于30米-70米的深度范围，更具有广泛意义。但是，现有的夹套式调谐阻尼器具有两个较为明显的缺陷：(1)固有阻尼较小，耗能能力及振动控制的能力弱；(2)夹套式支撑件中的焊接接头极易疲劳，无法满足海上风力涡轮机在动态响应下的抗疲劳性能。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种耗能多的可调控的夹套式海上风力发电机的调谐阻尼器。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种可调控的夹套式海上风力发电机的调谐阻尼器，所述调谐阻尼器包括滑动设置在地面上的外阻尼腔体单元和滑动设置在外阻尼腔体单元内的内阻尼腔体单元，所述外阻尼腔体单元的外壁通过耗能弹簧与风力发电机连接，所述外阻尼腔体单元的中部设有一个向下凹陷的空腔，所述内阻尼腔体单元滑动设置在空腔的底板上，且内阻尼腔体单元的侧壁与空腔的内壁通过耗能弹簧连接，所述外阻尼腔体单元和内阻尼腔体单元的内部密闭，且在外阻尼腔体单元和内阻尼腔体单元的内部装有液体，并留有空气。
所述的外阻尼腔体单元的内侧壁和底板上表面固定有缓冲材料。
优选的，所述缓冲材料的材质选自玻璃纤维、橡胶、塑料、泡沫或针织棉中的一种或多种。这些材料容易取得，且具有良好的减震隔声性能。
所述外阻尼腔体单元的底板上表面以及空腔底板下表面设有错乱布置的挡板，所述挡板的高度为外阻尼腔体单元的底板上表面与空腔底板下表面之间距离的1/6～1/3。在该高度下，挡板能够让液体正常流通，但又让液体受到一定的扰动影响，具体比例可以根据现场情况通过计算、数值模拟确定。
所述外阻尼腔体单元的底板上表面以及空腔底板下表面设有多个耗能小球，所述耗能小球通过弹簧与外阻尼腔体单元的底板上表面或空腔底板下表面连接。
本发明通过在外阻尼腔体单元内设置耗能小球、挡板以及缓冲材料，当外阻尼腔体单元内的液体左右晃动时，均能发生耗能，增加耗能机制及耗能量。
所述外阻尼腔体单元的顶部设有一压力控制器，所述压力控制器与外阻尼腔体单元上部的空气部分连通。验表明，在有气压的状态下阻尼器的耗能效果有明显改善，且当改变气压的大小，可以调节耗能的大小。
所述内阻尼腔体单元的中部设有向下设置的凹陷，所述凹陷的底板与内阻尼腔体单元的底板平行，且在凹陷的底板与内阻尼腔体单元的底板之间设有活塞，所述活塞将内阻尼腔体单元的内部分成左区和右区，所述左区和右区内装有液体，且左区和右区的上部留有空气。试验表明，在有气压的状态下阻尼器的耗能效果有明显改善。
所述凹陷的底板的下表面与内阻尼腔体单元的底板的上表面设有错乱布置的挡板，所述挡板的高度为凹陷的底板的下表面与内阻尼腔体单元的底板的上表面之间距离的1/6～1/3。在该高度下，挡板能够让液体正常流通，但又让液体受到一定的扰动影响，具体比例可以根据现场情况通过计算、数值模拟确定。
所述内阻尼腔体单元的底板及侧壁设有缓冲材料，所述缓冲材料的材质选自玻璃纤维、橡胶、塑料、泡沫或针织棉中的一种或多种；
所述左区和右区的两块相对的侧壁上设有多个耗能小球，所述耗能小球通过弹簧与左区和右区的两块相对的侧壁连接。
本发明通过在内阻尼腔体单元内设置耗能小球、挡板以及缓冲材料，当内阻尼腔体单元内的液体左右晃动时，均能发生耗能，增加耗能机制及耗能量。
所述活塞包括两块隔断板以及设置在两块隔断板之间且同性相斥的两块磁铁。这样的活塞设置，相当于在活塞内部安装一根弹簧，在左区和右区的液体在运动时，起到耗能的作用。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几方面：
(1)本发明采用的材料更加环保、经济，且能够有效降低阻尼器工作时的噪音。
(2)本发明在外阻尼腔体单元和内阻尼腔体单元内分别增加了气压P0和P1，当其他条件不变，在增加了P0和P1之后，阻尼器对夹套式海上风力发电机的减振效果提高了约10％-50％；将大、小两个调谐液柱气体阻尼器用弹簧相连，并配备磁体活塞，比传统的调谐液柱阻尼器拥有更强大的耗能能力和减振效果，从而解决海上风力发电机疲劳破坏突出的问题，且设置了压力控制器，即当产生了意外的振动荷载时，也可通过压力调节装置改变压力从而改变阻尼器原有的阻尼，使得该阻尼器能够适用于不同场合不同外荷载的条件下。
(3)本发明阻尼器腔体单元内部嵌固了一定数量的挡板，令液体在震荡时能够产生更大的绕流，进一步增强了液体的耗能能力，且挡板不需要特定的材料，并不会在令整体阻尼器的价格有一个较大的上升。
(4)本发明阻尼器的腔体单元内设置了大小不同的小球，球体通过弹簧和腔体相连，一方面由于液体的来回振动让连接球体和腔体的弹簧能够参与结构耗能，另一方面通过小球之间的碰撞也可增加结构能量的消耗。
(5)本发明阻尼器小腔体单元中设置了磁体活塞，右端为固定端，左端为活动端，当液体晃动使得左端靠近时，磁体的同性相斥特性使其受到相应阻力，形成往复运动从而达到耗能的目的，同时内部填充剪切增稠液体这一非牛顿流体，增加能量的耗散。
(6)本发明阻尼器构造明确，可以根据基本结构的特点适当增设阻尼器腔体单元、挡板数量等，从而根据具体情况设置不同的组合方式，使阻尼器的布置更加灵活，适用于不同方向的风/地震的作用，以达到较好的减振效果。
附图说明
图1为本发明的剖面结构示意图；
图2为外阻尼腔体单元底板上挡板的分布结构示意图。
其中，1为外阻尼腔体单元，2为液体，3为挡板，4为耗能弹簧，5为内阻尼腔体单元，6为活塞，7为缓冲材料，8为耗能小球，9为压力控制器，10为空腔，11为凹陷，12为左区，13为右区，14为隔断板，15为磁铁。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种可调控的夹套式海上风力发电机的调谐阻尼器，其结构如图1所示，包括滑动设置在地面上的外阻尼腔体单元1和滑动设置在外阻尼腔体单元1内的内阻尼腔体单元5，外阻尼腔体单元1的外壁通过耗能弹簧4与风力发电机连接，外阻尼腔体单元1的中部设有一个向下凹陷的空腔10，内阻尼腔体单元5滑动设置在空腔10的底板上，且内阻尼腔体单元5的侧壁与空腔10的内壁通过耗能弹簧4连接，外阻尼腔体单元1和内阻尼腔体单元5的内部密闭，且在外阻尼腔体单元1和内阻尼腔体单元5的内部装有液体2，并留有空气，外阻尼腔体单元1和内阻尼腔体单元5的底部均设有万向轮。
外阻尼腔体单元1的内侧壁和底板上表面固定有缓冲材料7。缓冲材料7的材质选自玻璃纤维、橡胶、塑料、泡沫或针织棉中的一种或多种。这些材料容易取得，且具有良好的减震隔声性能。
外阻尼腔体单元1的底板上表面以及空腔10底板下表面设有错乱布置的挡板3，如图2所示，挡板3的高度为外阻尼腔体单元1的底板上表面与空腔10底板下表面之间距离的1/6～1/3。
外阻尼腔体单元1的底板上表面以及空腔10底板下表面设有多个耗能小球8，耗能小球8通过弹簧与外阻尼腔体单元1的底板上表面或空腔10底板下表面连接。
外阻尼腔体单元1的顶部设有一压力控制器9，压力控制器9与外阻尼腔体单元1上部的空气部分连通。验表明，在有气压的状态下阻尼器的耗能效果有明显改善，且当改变气压的大小，可以调节耗能的大小。
内阻尼腔体单元5的中部设有向下设置的凹陷11，凹陷11的底板与内阻尼腔体单元5的底板平行，且在凹陷11的底板与内阻尼腔体单元5的底板之间设有活塞6，活塞6将内阻尼腔体单元5的内部分成左区12和右区13，左区12和右区13内装有液体2，且左区12和右区13的上部留有空气。试验表明，在有气压的状态下阻尼器的耗能效果有明显改善。
凹陷11的底板的下表面与内阻尼腔体单元5的底板的上表面设有错乱布置的挡板3，挡板3的高度为凹陷11的底板的下表面与内阻尼腔体单元5的底板的上表面之间距离的1/6～1/3。
内阻尼腔体单元5的底板及侧壁设有缓冲材料7，缓冲材料7的材质选自玻璃纤维、橡胶、塑料、泡沫或针织棉中的一种或多种；
左区12和右区13的两块相对的侧壁上设有多个耗能小球8，耗能小球8通过弹簧与左区12和右区13的两块相对的侧壁连接。
活塞6包括两块隔断板14以及设置在两块隔断板14之间且同性相斥的两块磁铁15。这样的活塞6设置，相当于在活塞6内部安装一根弹簧，在左区12和右区13的液体2在运动时，起到耗能的作用。

Claims (6)

1.一种可调控的夹套式海上风力发电机的调谐阻尼器，其特征在于，所述调谐阻尼器包括滑动设置在地面上的外阻尼腔体单元(1)和滑动设置在外阻尼腔体单元(1)内的内阻尼腔体单元(5)，所述外阻尼腔体单元(1)的外壁通过耗能弹簧(4)与风力发电机连接，所述外阻尼腔体单元(1)的中部设有一个向下凹陷的空腔(10)，所述内阻尼腔体单元(5)滑动设置在空腔(10)的底板上，且内阻尼腔体单元(5)的侧壁与空腔(10)的内壁通过耗能弹簧(4)连接，所述外阻尼腔体单元(1)和内阻尼腔体单元(5)的内部密闭，且在外阻尼腔体单元(1)和内阻尼腔体单元(5)的内部装有液体(2)，并留有空气；
所述外阻尼腔体单元(1)的顶部设有一压力控制器(9)，所述压力控制器(9)与外阻尼腔体单元(1)上部的空气部分连通；
所述外阻尼腔体单元(1)的底板上表面以及空腔(10)底板下表面设有错乱布置的挡板(3)，所述挡板(3)的高度为外阻尼腔体单元(1)的底板上表面与空腔(10)底板下表面之间距离的1/6～1/3；
所述内阻尼腔体单元(5)的中部设有向下设置的凹陷(11)，所述凹陷(11)的底板与内阻尼腔体单元(5)的底板平行，且在凹陷(11)的底板与内阻尼腔体单元(5)的底板之间设有活塞(6)，所述活塞(6)将内阻尼腔体单元(5)的内部分成左区(12)和右区(13)，所述左区(12)和右区(13)内装有液体(2)，且左区(12)和右区(13)的上部留有空气；
所述活塞(6 )包括两块隔断板(14)以及设置在两块隔断板(14)之间且同性相斥的两块磁铁(15)。
2.根据权利要求1所述的一种可调控的夹套式海上风力发电机的调谐阻尼器，其特征在于，所述的外阻尼腔体单元(1)的内侧壁和底板上表面固定有缓冲材料(7)。
3.根据权利要求2所述的一种可调控的夹套式海上风力发电机的调谐阻尼器，其特征在于，所述缓冲材料(7)的材质选自玻璃纤维、橡胶、塑料、泡沫或针织棉中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种可调控的夹套式海上风力发电机的调谐阻尼器，其特征在于，所述外阻尼腔体单元(1)的底板上表面以及空腔(10)底板下表面设有多个耗能小球(8)，所述耗能小球(8)通过弹簧与外阻尼腔体单元(1)的底板上表面或空腔(10)底板下表面连接。
5.根据权利要求1所述的一种可调控的夹套式海上风力发电机的调谐阻尼器，其特征在于，所述凹陷(11)的底板的下表面与内阻尼腔体单元(5)的底板的上表面设有错乱布置的挡板(3)，所述挡板(3)的高度为凹陷(11)的底板的下表面与内阻尼腔体单元(5)的底板的上表面之间距离的1/6～1/3。
6.根据权利要求1所述的一种可调控的夹套式海上风力发电机的调谐阻尼器，其特征在于，所述内阻尼腔体单元(5)的底板及侧壁设有缓冲材料(7)，所述缓冲材料(7)的材质选自玻璃纤维、橡胶、塑料、泡沫或针织棉中的一种或多种；
所述左区(12)和右区(13)的两块相对的侧壁上设有多个耗能小球(8)，所述耗能小球(8)通过弹簧与左区(12)和右区(13)的两块相对的侧壁连接。
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