CN110242508A - 高振动阻尼风电机组塔架 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高振动阻尼风电机组塔架，包括若干相互连接的塔架筒节，在相邻的塔架筒节的塔筒连接法兰之间嵌装有蝶形弹簧，法兰螺栓穿过蝶形弹簧将相邻塔架筒节的塔筒连接法兰相互连接，所述塔筒连接法兰的盘面上沿同一圆周均布有若干法兰螺栓，每一法兰螺栓对应一蝶形弹簧，该蝶形弹簧嵌装于塔筒连接法兰上对应的凹坑中；在所述塔架筒节的筒体内壁面通过阻尼器撑杆铰支有阻尼器，每一节塔架筒节沿筒体周向至少均匀地布置有四根阻尼器，阻尼器与塔架筒节的筒体内壁面平行。该塔架能有效增加塔架振动阻尼、减少塔架振动，特别适用于大型风电柔性塔架。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种能有效增加塔架振动阻尼、降低塔架振动的大型风电机组柔性塔架结构。
背景技术
风能是一种清洁无公害的可再生能源，利用风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染，是一种特别好的利用风能的发电方法；因而近年来风力发电技术得到日益快速发展。
为了实现风力发电的大叶片、大功率，风机塔架高度和体量均在不断地增大。然而由于高塔架带来的自身高柔性，运行时塔架结构的振动和变形随着塔架高度的增加而变大，并且风速的增大也会导致塔架振动愈来愈严重，长期的振动会对风力发电机组的运行产生诸多不利影响，诸如配合精度下降，传动部件磨损增大，更为严重的是在长期振动的诱因下，不仅会很容易在塔架焊接缝位置因为应力集中产生裂纹，筒体法兰等结构构件之间的紧固螺栓也会在反复振动作用下出现松动；而且这种振动会严重影响发电机组运行的稳定性和可靠性，甚至出现机组及塔架的倒塌。
为了避免风力发电机组塔架出现破坏性振动，除优化塔筒直径、塔筒重量和筒壁厚度等结构参数外，最有效的手段是增加塔筒振动阻尼，使塔架及机组振动快速衰减，从而降低系统振动的振幅。发明专利申请公开了一种引入调质阻尼器的风电塔架，专利申请号201711096645.X，该结构在风电塔架悬吊有一质量体，该质量体通过多个弹性支撑件连接于塔筒的筒壁内侧，当塔筒出现摆动时，质量体会产生相反的摆动，这相反的摆动刚好与塔筒的摆动不同，从而令塔筒本身的振动削弱或减少。显然在这种以悬吊质量体而构成的调谐质块阻尼器中，质量体越重其效果就越佳，但增加质量体的重量又必然会大大增加塔架的负荷，这不仅会给塔架形成巨大的载荷，降低塔架及机组的稳定性、可靠性和使用寿命，而且增强塔架自身重量，也会给塔筒的制造、运输、安装及成本都带来较为严重的问题。
发明内容
针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种能有效增加塔架振动阻尼、减少塔架振动的高振动阻尼风电机组塔架。
为了解决上述技术问题，本发明的高振动阻尼风电机组塔架，包括若干相互连接的塔架筒节，在相邻的塔架筒节的塔筒连接法兰之间嵌装有蝶形弹簧，法兰螺栓穿过蝶形弹簧将相邻塔架筒节的塔筒连接法兰相互连接，所述塔筒连接法兰的盘面上沿同一圆周均布有若干法兰螺栓，每一法兰螺栓对应一蝶形弹簧，该蝶形弹簧嵌装于塔筒连接法兰上对应的凹坑中；在所述塔架筒节的筒体内壁面通过阻尼器撑杆铰支有阻尼器，每一节塔架筒节沿筒体周向至少均匀地布置有四根阻尼器，阻尼器与塔架筒节的筒体内壁面平行。
在上述结构中，由于在相邻两塔架筒节的连接法兰之间嵌装了蝶形弹簧，法兰螺栓穿过每一蝶形弹簧将相邻两塔架筒节的塔筒连接法兰相互连接起来，这种结构使得相邻两塔架筒节的塔筒连接法兰上均布有若干个蝶形弹簧。当塔架受到外作用力向某一方向弯曲振荡而产生摆动时，受拉一侧的塔架筒壁受到法兰螺栓预拉力的作用而阻止两塔筒节法兰的分离，产生反向的摆动阻尼，而受压一侧塔架筒壁的塔筒连接法兰受到来自蝶形弹簧的反向弹簧力的作用，产生反向的阻尼力，阻止和延缓塔筒的摆动振荡，从而有效地减少和降低塔架的振动和振幅。这样在不增加塔筒整体质量的情况下通过蝶形弹簧的弹力阻尼效果，有效地产生了振动阻尼，有利于减轻塔架荷载，便于实现塔架的轻量化设计，以降低整个塔架重量，节约塔架成本。也由于每一法兰螺栓均对应一蝶形弹簧，均匀分布于塔筒连接法兰周向的若干个蝶形弹簧，提高了塔架筒节左右方向或前后方向等各个方向的塔架系统阻尼，在塔架截面的全周向减少了塔筒振动，提高风力发电设备的系统可靠性和运行寿命，这种阻尼结构是通过直接主动地增加塔架自身的振动阻尼，抵卸来自各个方向风力和机组振动对塔架振动的影响。又由于在塔架筒节的筒体内壁面通过阻尼器撑杆铰支有阻尼器，当塔筒节在外力作用下向某一方向弯曲振荡而产生摆动时，位于塔筒体受压侧或受拉侧的阻尼器均会产生与变形移位相反的阻尼力，这种由阻尼器产生的反向阻尼力，阻止或延缓塔筒向某一方向的变形摆动，从而有效地减少塔筒的振动及其振幅，这种结构同样在不增加塔筒整体质量的情况下产生塔架系统的阻尼效果，十分有利于减轻塔架荷载，便于实现塔架的轻量化设计，降低整个塔架重量，节约塔架制作成本。更由于塔架筒节内壁面上的阻尼器并且结合塔筒连接法兰之间嵌装的蝶形弹簧，产生了双重的振动阻尼效果，因此在风电机组与塔架动态振动过程中可实时地提供最佳减振阻尼，使塔架及机组振动快速衰减，降低系统振动的振幅。
本发明的优选实施方式，所述塔架筒节沿筒体周向均匀地布置有4-10根阻尼器。能在各个方向产生有效的振动阻尼。
本发明的进一步实施方式，所述阻尼器通过两端的阻尼器撑杆铰支于塔架筒节的内筒壁上。不仅结构简单合理，而且加长了绞支点的距离，有利于增强振动阻尼。
本发明的优选实施方式，所述阻尼器为液压阻尼器或弹簧阻尼器。便于实施阻尼效果稳定。
本发明的优选实施方式，位于上端的塔架筒节的顶端上焊接有塔顶法兰，在塔顶法兰上设置有若干塔顶法兰螺孔。位于底端的塔架筒节上设置有塔筒门。方便发电机组的安装；便于进行维护保养。
本发明的优选实施方式，所述塔架筒节的塔筒连接法兰为L型法兰盘。所述塔架筒节均为圆台型筒状结构，相互连接的塔架筒节处于同一圆台面上。连接强度高，整体刚性好。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明调质阻尼风塔架作进一步说明。
图1是本发明调质阻尼风塔架的塔架整体结构示意图；
图2是图1所示实施方式中的塔架筒节相连接的剖面结构示意图；
图3是图1所示结构中Ⅰ部的放大结构示意图。
图中，1—塔架筒节，2—塔顶法兰，3—塔筒门，4—塔顶法兰孔，5—阻尼器，6—阻尼器撑杆，7—铰支座，8—法兰螺栓，9—蝶形弹簧，10—塔筒连接法兰。
具体实施方式
如图1所示的高振动阻尼风电机组塔架，该风电机组塔架包括有四节相互依次连接的塔架筒节1，该塔架筒节1分别为位于塔架最上端的一节塔架筒节，位于中间部的两节塔架筒节，以及位于塔架最底部的一节塔架筒节。用于连接相邻塔架筒节1的塔筒连接法兰10均为常用的L型法兰盘。在最底部一节塔架筒节1上设置有塔筒门3，该塔筒门3以方便工作人员进入或登顶塔筒内部。
各节塔架筒节1均为圆台型筒状结构，并且依序相连接 ，且各节塔架筒节1的筒壁圆锥度相同，其上下两端的筒端口径相互吻合衔接，从而形成一整体的锥台筒状结构，即相互连接的塔架筒节1处于同一圆台面上。
如图2所示，相邻的两节塔架筒节1通过各自对应的塔筒连接法兰10相互连接，在塔筒连接法兰10的盘面上沿同一圆周均布有若干法兰螺栓8，每一法兰螺栓8对应一蝶形弹簧9，在每一节塔架筒节1沿内壁面母线方向平行地设置有四根阻尼器5，该阻尼器5采用液压阻尼器，四根阻尼器沿塔架筒节1的内壁面周向均匀布置。每一阻尼器5的两端分别连接有一阻尼器撑杆6，阻尼器撑杆6的另一端铰连于对应端的铰支座7上，该铰支座7焊接于塔架筒节1的内壁面上。
塔架上端的塔架筒节1顶部焊接有塔顶法兰2，塔顶法兰2呈法兰盘状结构，在其上设置有若干塔顶法兰螺栓孔4，该塔顶法兰螺栓孔4处于同一圆周上。塔顶法兰2用于支承和安装风力发电机组。
如图3所示，焊接于塔架筒节1两端的塔筒连接法兰10均呈L型法兰盘结构，相邻两节的塔架筒节1通过塔筒连接法兰10相互连接。在塔筒连接法兰10盘面的同一圆周上均布有若干螺栓孔，在螺栓孔结合面处均设置有凹坑，从而形成一台阶螺栓孔。连接安装时，蝶形弹簧9嵌装于相对的台阶螺栓孔的凹坑中，每一法兰螺栓8或台阶螺栓孔均对应有一蝶形弹簧9，法兰螺栓8穿过相对的塔筒连接法兰10和蝶形弹簧9的中心孔，将相邻的两塔架筒节1连接在一起。
上述举出本发明的一些优选实施方式，但本发明并不局限于本实施例。本发明还有许多的改进和变换，如塔架筒节的节数并不限于4节，其节数应根据塔架高度而设计确定，优选地筒节沿筒体周向均匀地布置有4-10根阻尼器；同样沿塔架筒节1的内壁面周向均匀布置的阻尼器也不限于四根，也就根据实际的具体结构确定；阻尼器也不限于液压阻尼器，还可以是弹簧阻尼器等常用阻尼器。这些变换和改进均落入本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种高振动阻尼风电机组塔架，包括若干相互连接的塔架筒节（1），其特征在于：在相邻的塔架筒节（1）的塔筒连接法兰（10）之间嵌装有蝶形弹簧（9），法兰螺栓（8）穿过蝶形弹簧（9）将相邻塔架筒节(1)的塔筒连接法兰（10）相互连接，所述塔筒连接法兰（10）的盘面上沿同一圆周均布有若干法兰螺栓（8），每一法兰螺栓（8）对应一蝶形弹簧（9），该蝶形弹簧(9)嵌装于塔筒连接法兰（10）上对应的凹坑中；在所述塔架筒节（1）的筒体内壁面通过阻尼器撑杆（6）铰支有阻尼器（5），每一节塔架筒节（1）沿筒体周向至少均匀地布置有四根阻尼器（5），阻尼器（5）与塔架筒节（1）的筒体内壁面平行。
2.根据权利要求1所述的高振动阻尼风电机组塔架，其特征在于：所述塔架筒节（1）沿筒体周向均匀地布置有4-10根阻尼器（5）。
3.根据权利要求1所述的高振动阻尼风电机组塔架，其特征在于：所述阻尼器（5）通过两端的阻尼器撑杆（6）铰支于塔架筒节（1）的内筒壁上。
4.根据权利要求1、2或3所述的高振动阻尼风电机组塔架，其特征在于：所述阻尼器（5）为液压阻尼器或弹簧阻尼器。
5.根据权利要求1所述的高振动阻尼风电机组塔架，其特征在于：位于底端的塔架筒节（1）上设置有塔筒门（3）。
6.根据权利要求1所述的高振动阻尼风电机组塔架，其特征在于：位于上端的塔架筒节（1）的顶端上焊接有塔顶法兰（2），在塔顶法兰（2）上设置有若干塔顶法兰螺孔（4）。
7.根据权利要求1所述的高振动阻尼风电机组塔架，其特征在于：所述塔架筒节（1）的塔筒连接法兰（10）为L型法兰盘。
8.根据权利要求1所述的高振动阻尼风电机组塔架，其特征在于：所述塔架筒节（1）均为圆台型筒状结构，相互连接的塔架筒节（4）处于同一圆台面上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190917 |