CN110741179A - 风能设施塔的减振 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耦联元件(32)，配置用于在风能设施(100)的塔的塔壁部(4)和振荡体(12)之间固定，以便影响在振荡体(12)和塔壁部(4)之间的相对运动，由此以便影响塔的振荡性能，所述耦联元件包括：第一固定部段，用于固定在振荡体(12)上；和第二固定部段，用于固定在塔壁部(4)上，以便在振荡体(12)和塔壁部(4)之间经由耦联元件(32)建立机械耦联，其中耦联允许在振荡体(12)和塔壁部(4)之间的相对运动，并且相对运动具有第一运动方向，在所述第一运动方向下第一和第二固定部段相向运动，并且具有第二运动方向，在所述第二运动方向下第一和第二固定部段彼此远离，并且耦联元件(32)具有用于在第一和第二固定部段之间的弹簧弹性耦联的弹簧机构，其中弹簧弹性的耦联通过弹簧函数描述并且弹簧机构构成为，使得弹簧函数对于第一和第二运动方向基本上是相同的，并且此外或替选地，弹簧机构构成为，使得在弹簧机构中沿第一运动方向的运动引起第一弹簧部段的压缩并且引起第二弹簧部段的拉伸，并且在弹簧机构中沿第二运动方向的运动引起第一弹簧部段的拉伸并且引起第二弹簧部段的压缩，以便由此彼此补偿用于第一运动方向和第二运动方向的弹簧函数。

Description

风能设施塔的减振
技术领域
本发明涉及一种用于在风能设施的塔的塔壁部和振荡体之间固定的耦联元件，以便影响在振荡体和塔壁部之间的相对运动，以便由此影响塔的振荡性能。此外，本发明涉及一种风能设施的塔，所述塔具有用于影响塔的振荡的振荡设备。此外，本发明涉及一种振荡设备，所述振荡设备配置用于在风能设施的塔中使用，以便影响塔的振荡。此外，本发明涉及一种用于影响塔振荡的方法。此外，本发明涉及一种风能设施。
背景技术
风能设施是普遍已知的，并且当代的风能设施具有风能设施塔，在所述风能设施塔上设置有吊舱。吊舱具有带有转子叶片的转子，以便借此从风中生成电能。尤其在运行中，风作用于所述转子叶片，但是部分地也作用于吊舱和塔，并且风也能够引起风能设施的、尤其风能设施的塔的振荡。转子的转动也可以引起塔的振荡或者对其产生影响。在最不利的情况下，与塔固有频率相关地在特定的转子转速下可以出现共振情形。在理论上最不利的情况下，这可以引起共振灾害。
这种振荡问题可以通过相应的塔构造来消除。一个可能性是，塔实心地或刚性地构造，使得所述塔实际上根本不振荡或不明显地振荡。但是这种构造通常与非常高的耗费、尤其材料耗费相关联。
其他的、更现代的方式提出如下塔构造，即，使得共振频率不与风能设施的如下工作点重合，在所述工作点中出现这种转速，所述转速可以作用于所述共振频率或者对应于所述共振。这种解决方案那么通常与设施控制装置相协调，尤其使得设施控制装置控制成尽可能快地通过与例如在启动风能设施时的转速的可能的共振点。
但是这种塔的构造可以表示提高的耗费。此外，这种解决方案限制风能设施的运行范围。
原则上也提出如下解决方案，风能设施在其塔中设有减振系统，所述减振系统设计用于，衰减这种塔振动。这种减振系统然而是耗费的并且通常不成熟并且此外在塔内部中可能是非常干扰性的。尤其居中地在塔中悬挂的摆式阻尼器可以尤其与居中的线缆引导装置和其他在那里设置的元件碰撞。尤其对于引入大的可以通过填充到振荡体中的水实现的振荡块，通常可以缺少需要的结构空间。摆动运动也可以具有不利的运动分量。
同样地，已经提出如下解决方案，其中在吊舱中经由相应的管系统，液体阻尼系统应实现减振。在此，液体、尤其水可以运动，尤其泵吸，使得这可以对抗振荡运动。这种系统也是极其耗费的，并且在此出现如下问题，对抗塔振荡的力必须从吊舱传递到塔上，即可能造成方位轴承的负载。
此外从德国公开文献DE 10 2012 222 191 A1中已知一种振荡消减模块，在其中使用摆动弹簧元件，所述摆动弹簧元件沿在那里使用的摆系统的悬挂轴线的方向伸展。
德国专利商标局已经在本申请的优先权申请中减缩到如下现有技术：DE 198 56500 A1和DE 10 2012 222 191 A1。
发明内容
因此，本发明基于如下目的，解决至少一个上述问题。尤其地，应提出如下解决方案，所述解决方案以简单的方式和方法、尤其以简单的构造方式和方法并且尤其被动地对抗风能设施的塔的振荡问题。至少相对于迄今已知的解决方案应提出一种替选方案。
根据本发明提出一种根据权利要求1所述的耦联元件。这种耦联元件配置用于固定在振荡体和风能设施的塔的塔壁部之间。所述耦联元件应影响在振荡体和塔壁部之间的相对运动。这应在如下范围中发生，即由此可以影响塔的振荡性能。耦联元件和相应地还有振荡体的尺寸因此也设计成，使得可以影响、尤其可以显著地影响包括塔的振荡在内的振荡性能，耦联元件以一个部段固定在所述振荡体上。
对此，耦联元件具有第一和第二固定部段。第一固定部段固定在振荡体上并且第二固定部段固定在塔壁部上。由此，经由耦联元件在振荡体和塔壁部之间建立机械耦联。因此如果振荡体相对于塔壁部在所述部位处振荡，即在那里在塔壁部和振荡体之间出现相对运动，那么所述相对运动相应地在第一和第二固定部段之间出现。
原则上，在此为塔和振荡体设有多个这种耦联元件，例如六个或更多个耦联元件，仅作为实例提出。
耦联因此可以允许在振荡体和塔壁部之间的相对运动，并且所述相对运动具有第一和第二运动方向。在第一运动方向下，第一和第二固定部段相向运动，而在第二运动方向下彼此远离。原则上，第一和第二运动方向也可以相反地限定。在任何情况下，这两个运动方向理解成，所述运动方向彼此反向地定向。不会出现，其彼此横向地定向。
此外，设有弹簧机构，使得在安装耦联元件时，实现在第一和第二固定部段之间的弹簧弹性的耦联，从而实现在塔壁部和振荡体之间的弹簧弹性的耦联。弹簧弹性的耦联可以通过弹簧函数来描述。弹簧机构构成为，使得在弹簧机构中的第一运动引起第一弹簧部段的压缩和第二弹簧部段的拉伸。此外，弹簧机构构成为，使得在弹簧机构中的第二运动引起第一弹簧部段的拉伸和第二弹簧部段的压缩。因此设有两个弹簧部段，其中始终一个压缩并且另一个拉伸。在运动方向反转时，所述函数也反转，使得因此那么压缩的弹簧部段再次拉伸并且拉伸的弹簧部段压缩。
经由这两个弹簧部段的所述功能性在此构成为，使得弹簧函数对于第一和第二运动方向彼此尽可能均等。
因此尤其改进弹簧变型形式，其中一个运动方向拉伸一个弹簧，并且相对于此反向地定向的运动方向压缩所述弹簧，由此通常可以得出与方向和偏移幅度相关的弹簧函数。这两个弹簧部段的提议因此实现所述弹簧函数的一致性，从而实现所述耦联元件在其在塔壁部和振荡体之间的应用中的机械耦联的一致性。
弹簧函数由此应沿两个运动方向基本上相同。这也在如下情况下对应于根据本发明的构思：否则实现，弹簧函数对于第一和第二运动方向基本上是相同的。
优选地，耦联元件构成为弹簧阻尼元件并且除了弹簧机构之外具有用于在第一和第二固定部段之间的阻尼耦联的阻尼部段。所述阻尼耦联可以通过阻尼函数描述。对此提出，阻尼函数对于第一和第二运动方向基本上是相同的。借此，也可以对于阻尼实现一致性，使得第一和第二运动是相同的，即对称地影响。
优选地，弹簧函数不仅沿两个运动方向基本上相同，而且也基本上是线性的。整个弹簧机构的弹簧力、即第一和第二弹簧部段的弹簧力的总和因此在绝对值上基本上与从中间位置或静止位置的偏移成比例。
优选地，阻尼函数不仅沿第一和第二运动方向是相等的，而且也基本上是线性的。阻尼部段的抵抗运动的阻尼力因此基本上在绝对值上与在第一和第二固定部段之间的相对运动的速度成比例，即与在振荡体和塔壁部之间的相对运动成比例。
通过尤其在弹簧函数和阻尼函数为线性时，可以实现整体上对风能设施的塔动力学或运动动力学的振荡的衰减、尤其具有恒定的阻尼常数的衰减。
弹簧函数的线性性能可以尤其通过两个弹簧部段的预紧来实现。当然，线性的弹簧函数仅对于预定的设计路段来实现，其中耦联元件和尤其弹簧机构不达到止挡。因此提出，弹簧函数对于预定的设计路段基本上是线性的。
对于阻尼函数尤其可以通过对称的设计方案实现线性和对称性。
根据一个设计方案提出，耦联元件具有第一和第二锚固部段，所述锚固部段固定地彼此连接。此外，在第一和第二锚固部段之间设置有中间部段，所述中间部段相对于这两个锚固部段可运动。在此，第一或第二锚固部段固定地与第二固定部段连接并且中间部段固定地与第一固定部段连接。中间部段因此可以在两个锚固部段之间运动，从而可以连同振荡体一起在两个锚固部段之间运动，从而相对于塔壁部运动。在振荡体和塔壁部之间的相对运动因此对应于中间部段在锚固部段之间的运动。
由此，能够以简单的方式和方法尤其也实现弹簧机构均匀地分成两个弹簧部段。
优选地，在此弹簧机构具有在中间部段和第一锚固部段之间的第一弹簧和在中间部段和第二锚固部段之间的第二弹簧。在此，第一弹簧形成第一弹簧部段，并且第二弹簧形成第二弹簧部段。优选地，两个弹簧是相同的。弹簧例如可以构成为螺旋弹簧。
优选地，第一和第二弹簧是预紧的，以便实现，两个弹簧在耦联元件运动时都不达到或超过松弛状态。尤其地，两个弹簧可以在中间部段和第一锚固部段之间及在中间部段和第二锚固部段之间夹紧。优选地，所述预紧强至，使得在第一弹簧压缩直至使其不可以再压缩的止挡时，第二弹簧仍处于压力下，即仍是预紧的。同样内容也相反地适用，即当第二弹簧完全压缩，即已经达到止挡时，第一弹簧仍处于压力下，从而仍是预紧的。在此涉及如下情形，两个弹簧中的一个弹簧压缩直至止挡，不再具有正常的工作范围。换言之，耦联元件设为用于如下应用，在所述应用中不达到所述最大压缩。
优选地，在第一和第二锚固部段之间的间距是可设定的，以便由此设定预紧力。
优选地，对此设有通过执行器操作的调节机构，使得在线调整也是可行的。因此，必要时可对塔的振荡特性的最小变化做出反应，所述最小变化也由风能设施的其他元件的变化造成。
根据另一实施方式提出，阻尼部段在中间部段和第一锚固部段之间、或在中间部段和第二锚固部段之间固定。在此尤其已知，通过唯一的阻尼部段能够实现沿两个运动方向对称的阻尼函数和线性的阻尼函数，所述阻尼部段在此在两个相对于彼此运动的部段之间设置。替选地，在中间部段和两个锚固部段中的每个锚固部段之间可分别设有阻尼部段，所述阻尼部段尤其是相同的，至少具有相同的特性。由此可以确保，阻尼沿两个运动方向相同地表现。
根据本发明此外提出一种风能设施的塔。这种塔具有塔中轴线以及塔壁部，塔主要由所述塔壁部构造。此外，提出一种用于影响塔的振荡的振荡设备。振荡设备具有在塔中与塔壁部间隔开地悬挂的振荡体。因此，所述振荡体在塔内部中悬挂并且原则上也可以在那里相对于塔壁部沿不同的方向振荡。原则上，振荡体可以以不同的方式也通过悬挂在塔中设置，如例如通过支承装置，所述支承装置基本上能够实现在垂直于塔中轴线的平面中的沿任意方向的运动。
振荡体在此与塔壁部间隔开地悬挂，或以其他方式支承，使得对于振荡体可以执行相对于塔的运动保留足够空间。
此外，耦联元件在振荡体和塔壁部之间固定，以便影响在振荡体和塔壁部之间的相对运动。优选地，设有多个耦联元件，尤其四个，六个或八个耦联元件。尤其地，所述耦联元件结构相同地并且均匀地在振荡体的环周之上分布。尤其地，六个耦联元件的使用实现在材料耗费不过大的同时实现在振荡体的环周之上的良好均匀分布，使得六个耦联元件是尤其优选的。
此外提出，振荡体沿着竖直的中轴线空心地构成。尤其地，所述振荡体沿着塔中轴线空心地构成。通过所述空心的构成方案实现，振荡体不阻碍塔中的设备、例如人员或设备升降机。优选地，因此振荡体构成为是空心的，使得对于风能设施的人员升降机可以竖直且居中地横穿振荡体而言保留足够空间。
也已知的是，在靠外的罩壳中可以安置非常多的质块。因此，可以实现具有大的质量的振荡体，所述振荡体仍然允许用于塔中的其他必要设备的足够空间。
优选地，振荡体基本上构成为空心截锥或构成为空心圆柱。由此，能够以简单的且均匀的方式和方法将振荡体的大的质块安置在所述空心截锥或空心圆柱中。原则上提出一种空心圆柱，但是对于匹配于塔的柱形形状，也可以提出罩壳的相应锥形的形状，使得对此提出所谓的空心截锥。
可选地，这种空心截锥具有在罩壳中的垂直的中断部，以便为在内部在塔壁部处设置的塔梯提供空间，使得服务人员可以沿着所述塔梯在塔中登塔和下塔，并且在此在中断部的区域中经过振荡体。
例如，空心圆柱或空心截锥关于整个环周的360度在大约60度的范围中具有中断部。也可以考虑略微更大或更小的范围，并且优选地在30至90度的大小的范围中设有中断部。
尤其地在中断部的值为60度的情况下，仍可以六个耦联元件均匀地在环周之上分布地设置。90度的值对于具有四个耦联元件的变型形式尤其优选地提出。30度的值尤其在大的塔直径的情况下提出。维护人员仍可以在振荡体的中断部的区域中在攀登在那里设置的梯子时经过振荡体。通过在关于360度环周的角度范围之上限定中断部，在任何情况下可以设有足够的中断部，所述中断部在仅小的中间空腔的情况下也可提供足够空间。优选地，提出偶数数量的耦联元件，其中耦联元件均匀地围绕振荡体的环周分布。作为用于中断部的最小值提出10°。
根据一个设计方案提出，振荡体具有围绕中轴线在具有中断部的情况下环绕的罩壳。在此提出，所述环绕的罩壳的壁厚沿环周方向改变。壁厚改变成，使得振荡体尽管具有中断部仍具有在中轴线处的重心。中轴线是竖直定向的，并且在此处于振荡体的几何中心中。尤其地，其是关于振荡体的外部轮廓的中轴线。此外或替选地，其在振荡体和塔的静止状态中对应于塔中轴线。
为了影响塔的振荡，尤其为了均匀的衰减，振荡体的质心在静止状态中处于塔中轴线中。通过在振荡体的罩壳中设置的中断部，在壁厚沿环周方向相同的情况下，质心移动。这可以通过振荡体的壁厚的所提出的改变来补偿。通过振荡体的壁厚的相应地均匀分布的改变，虽然存在中断部，重心仍可以置于塔中轴线中或振荡体的中轴线中。由此，例如也可以避免设有附加的配重。
优选地，振荡体相对于塔壁部居中地以平均壁间距悬挂，其中壁间距在涉及的区域中分别小于1/4的塔内直径。尤其地，所述壁间距分别小于所述塔直径的1/8。由此实现，所述振荡体极其靠近塔壁部从而本身具有相对大的直径。由此，振荡体也可以具有相应大的体积，从而具有相应大的明显的质量，以便也可以明显地影响塔的振荡性能。在该处小于1/4或优选甚至小于1/8的塔内直径的所述间距还允许用于在振荡体和塔壁部之间的相对运动的足够的空间。优选地，间距大于塔内直径的1/20。由此避免，在振荡体和塔壁部之间的所述空间过小地选择。
优选地，振荡体具有如下高度，所述高度对应于其直径的至少一半，优选至少对应于其直径的大小，优选地是其直径的至少两倍大。由此，整体上可以提供用于振荡体的非常高的质量。全部这些解决方案仍能够实现塔内部空间例如用于线缆引导或可能升降机的良好的使用。
根据一个实施方式提出，振荡体经由摆杆悬挂在固定部段上，尤其悬挂在塔顶法兰上。优选地，提出四个或多个摆杆。尤其地，提出偶数数量的摆杆。通过使用摆杆应实现，振荡体基本上限制于平移运动或无翻转运动。优选地，摆杆在此在两侧构成为具有圆形活节头，即具有球节，或者万向节的悬挂件。由此实现，能够实现沿全部水平方向的摆动运动。摆杆的活节在此不应影响摆动运动的方向。优选地，摆杆的长度至少大致为振荡体的高度。由此尤其实现，摆动运动不具有一个或多个值得一提的竖直分量。优选地，摆杆分别是在静止状态中振荡体距塔壁部的间距的至少三倍长，尤其至少五倍长，和优选至少七倍长。
通过振荡体的悬挂的类型，即尤其在多个摆杆上，在振荡体的偏移之后通过重力也得到复位力，所述复位力最终也在此至少有助于，将振荡体回置到其静止位置中。相应地，能够避免或减少使用复位弹簧。
优选地，振荡体由具有比水高的密度的材料构成。至少地，所述振荡体整体上具有比水更高的密度。尤其提出，密度是水的密度的至少两倍。作为优选的材料对此提出混凝土。尤其地，振荡体基本上由混凝土制成，优选由钢筋混凝土制成。对此但是也可以设有用于填充混凝土的容纳体。尤其在该情况下考虑，仅使用或填入混凝土，而不使用钢筋混凝土。悬挂部或悬挂点的设置以及刚性和强度可以通过所述容纳体来实现。
在使用容纳体连同混凝土时也有利的是，可泵吸液态的还未凝固的混凝土，从而可能的是，将振荡体作为空的容纳体安装在搭建的塔中，从而向高处泵送期望的混凝土。
但是根据一个实施方式提出，将混凝土作为预制的元件、尤其作为混凝土完成件提供。
优选地，塔的特征在于，在振荡体和塔壁部之间设置有多个耦联元件，并且沿环周方向围绕振荡体分布。所述耦联元件中的每个在振荡体和塔壁部上固定。由此，实现在振荡体和塔壁部之间的机械耦联，其中耦联允许在振荡体和塔壁部之间的水平的相对运动，但是对其产生影响。
因此振荡体，包括其悬挂部在内，连同耦联元件一起形成用于影响塔的振荡的振荡设备。所述振荡设备在此优选可以构成为减振系统，所述减振系统降低出现的振荡或者在优化情况下甚至可以消除出现的振荡。所述振荡设备，尤其减振系统，通过选择振荡体和耦联元件尤其也针对塔的预期振荡设定或再调节。为了影响，相应地可以设定或选择：振荡体的质量，耦联元件的弹簧刚度，每个耦联元件的阻尼部段的阻尼特性、尤其阻尼常数，和耦联元件的数量、耦联元件的位置、摆杆的长度。
优选地，耦联元件根据耦联元件的在上文中描述的实施方式中的至少一个实施方式使用。因此，针对耦联元件描述的优点在此可以相应地用于风能设施塔的振荡改变或衰减、消减。
优选地，耦联元件设置在振荡体之上，并且此外或替选地设置在振荡体之下。由此，尤其也可以使用耦联元件，所述耦联元件具有比在振荡体和塔壁部之间存在的中间空间明显更大的扩展。尤其优选地，在此每个耦联元件的中间部段或所述中间部段固定在振荡体的上边缘或下边缘上，而两个锚固部段中的一个锚固部段固定在塔壁部上并且剩余的其他锚固部段自由地伸到塔的内部空间中，尤其也伸到在振荡体的内部空腔之上的区域中。整个构造，即在塔中安装的振荡体连同耦联元件在此在塔内部中仍还空出足够的空间，以便将塔内部空间用于不同的技术装置，但是尤其在其中引导电导线，尤其线缆束。
优选地，振荡体具有质心并且振荡体悬挂在塔中的如下高度处，即，使得质心处于塔的上半部中，尤其处于上五分之三处。此外或替选地提出，振荡体悬挂在一个固定部段或多个固定部段处，所述一个固定部段或多个固定部段设置在塔顶法兰上。也考虑设置在塔顶法兰附近，但是将此应理解成，固定可能不直接在塔顶法兰处进行，但是在塔顶法兰的直接附近。例如，在最后的塔区段上作为环绕的固定法兰设有固定部段，在其上设置有中间环并且在其上设置有塔顶法兰。但是优选地，提出固定部段在塔顶法兰上的固定。
首先，振荡体的质心的所述竖直位置设置在如下位置处：在所述位置上，第一固有频率具有大的偏移，其固有形状因此在那里具有大的偏移。在此，在塔的弯曲振荡中也可以出现不同的固有形状。
优选地，振荡设备设计成，将塔的振荡关于其固有频率衰减。相应的设计方案能够如在上文中描述的那样经由振荡体的质量、耦联元件的弹簧函数、耦联元件的阻尼函数、耦联元件的数量、摆杆长度和振荡体的质心的竖直位置来设定。
此外提出一种振荡设备，所述振荡设备配置用于在风能设施的塔中使用以影响塔的振荡。所述振荡设备具有在塔中可与塔壁部间隔开地悬挂的振荡体，并且所述振荡设备具有至少一个耦联元件，以固定在振荡体和塔壁部之间，以便借此影响在振荡体和塔壁部之间的相对运动。对此提出，振荡体沿着竖直中轴线空心地构成，并且此外或替选地每个耦联元件具有弹簧函数并且弹簧函数对于第一和第二运动方向基本上是相同的，所述第一和第二运动方向彼此反向地定向。尤其地，设有至少四个、尤其刚好四个或刚好六个或刚好八个耦联元件，所述耦联元件在环周方向上均匀地围绕振荡体分布，优选在振荡体之上和/或在振荡体之下。
优选地，所述振荡体配置用于在根据在上文中对其进行描述的实施方式的塔中使用。尤其地，振荡设备具有至少一个结合对塔的实施方式结合振荡设备进行说明的特征。
此外或替选地，振荡设备具有至少一个耦联元件，如根据针对耦联元件的至少一个在上文中红描述的实施方式的耦联元件。
此外，提出一种用于影响风能设施的塔的塔特性或塔振荡的方法，其中所述塔具有带有多个耦联元件的振荡设备。所述方法提出，检测塔固有频率，随后预设期望的减振频率，并且之后将耦联元件设定成减振频率。所述步骤检测、预设和设定优选地重复，以便改进性能。
替选地，检测塔振幅，预设期望的最大的塔振幅，并且将耦联元件设定成，使得塔振幅保持低于期望的最大的塔振幅。在此尤其也考虑改变阻尼函数，以便减小振幅。在此也可以重复步骤检测、预设和设定。尤其提出，连续地检测塔固有频率或塔振幅，并且与此相关地决定，是否需要其他步骤。尤其也考虑，再次设定耦联元件，这就此而言也可以称作为再调整，而不预设期望的减振频率或新的期望的最大的塔振幅。但是也考虑，不仅跟踪耦联元件的设定，而且也跟踪期望的减振频率或期望的最大塔振幅，即对此改变期望值。
此外提出一种风能设施，所述风能设施具有：具有根据耦联元件的上述实施方式之一的耦联元件的振荡设备，具有根据塔的上述实施方式之一的塔，具有根据振荡设备的上述实施方式之一的振荡设备，并且此外或替选地具有控制设备，所述控制设备配置用于，执行在上文中根据一个实施方式描述的用于影响塔振荡的方法。
也提出，用于影响塔振荡的方法连同根据在上文中针对耦联元件描述的实施方式之一的耦联元件和振荡设备一起使用，连同根据塔的上述实施方式的塔一起使用，并且此外或替选地连同根据振荡设备的上述实施方式的振荡设备一起使用。借此，可以将分别描述的实施方式的优点用于所提出的方法或所提出的风能设施。
结果是，尤其提出一种解决方案，所述解决方案以简单的方式和方法并且在此同时有效地改变风能设施的塔的振荡或整个风能设施的振荡，所述振荡尤其在塔中变得明显。改变可以涉及频率性能或振幅。在此，所述解决方案尤其构成为被动式解决方案，所述被动式解决方案可以关于振荡性能影响塔或风能设施的至少一个特征。由此，可以尤其关于振荡性能实现塔的或风能设施的系统性能的改变。所述解决方案再次是有效的并且构成为，使得尤其没有不必要地妨碍塔内部空间。也可以提出可调节性，经由所述可调节性尤其也可以立即设定和调整振荡的影响。
附图说明
本发明现在下面根据实施例参照附图示例性地详细阐述。
图1示出风能设施的立体图。
图2示出风能设施的局部的剖面图。
图3示出图2的具有其他细节的局部。
图4示出图2的具有其他细节的另一局部。
图5示出贯穿根据图2的塔局部的水平剖面。
图6示出耦联元件的侧向剖面图。
具体实施方式
图1示出具有塔102和吊舱104的风能设施100。在吊舱104上设置有转子106，所述转子具有三个转子叶片108和整流罩110，所述整流罩是毂的一部分。转子106在运行中通过风置于转动运动从而驱动吊舱104中的发电机。
图2示出具有塔壁部4的塔部段2，所述塔壁部在高度之上也可以在类型和厚度方面改变。塔部段2借助塔顶法兰6封闭。塔顶法兰6构成为环绕的法兰并且尤其设为用于容纳用于转动地支承吊舱的方位轴承。
在塔顶法兰6上安置有悬挂固定件8，所述悬挂固定件分别可枢转地承载摆杆10，并且其中在摆杆10上悬挂有振荡体12。对此，摆杆10同样可枢转地经由振荡体固定件14固定在振荡体12上。
摆杆10因此用作为用于振荡体12的悬挂件。悬挂固定件8在此也可以称作为塔顶法兰固定件。
振荡体12因此可以通过相对长的摆杆10基本上在水平平面中沿所有方向振荡。除了沿不同方向的纵向振荡之外，也可以考虑盘旋运动，即考量多个纵向振荡。
振荡体12基本上通过振荡体罩壳16形成，所述振荡体罩壳包围振荡体空腔18。振荡体罩壳16可以如这在图2和一些其他图中示出的那样构成为振荡体容器20，所述振荡体容器具有容器填充物22。
在图2中也绘制塔中轴线24，所述塔中轴线因此形成用于塔从而用于塔部段2的中轴线。所述塔中轴线在此与体中轴线26一致，所述体中轴线形成用于振荡体12的竖直的中轴线。
振荡体12可以在下部边缘28上或在上部边缘30上经由耦联元件32与塔壁部4耦联。在上部边缘30的区域中的耦联的细节在图3中示出，并且在下部边缘28的区域中的耦联的细节在图4中示出。
每个耦联元件32与塔壁部4的固定在耦联元件32固定在上部边缘30上的情况下经由在塔隔板34上的固定进行。这种塔隔板34原则上用于，在风能设施塔中提供平台，在所述平台上可进行处理，或者在所述平台上也可以进行休息。这种塔隔板34也防止，某物可从吊舱104中向下落在塔中。塔隔板沿环周方向均匀地固定在塔壁部4上并且在此也可以形成用于塔的加固环或加固面。通过将耦联元件32固定在塔隔板34上，可以避免到塔壁部中的点状的力导入。替代于此，进行到塔隔板34中的力导入，所述隔板可以将所述力又沿环周方向均匀地传递到塔部段2的塔壁部4上。
在下部边缘28的区域中，耦联元件32经由加固环36固定在塔壁部4上。经由加固环36与塔壁部4的所述连接也避免将力经由相应的耦联元件32点状地导入到塔壁部4中。如果振荡体12相对于塔部段2振荡，那么所述振荡体因此也相对于塔隔板34和加固环36振荡。因为振荡体12处于塔隔板34下方，所以摆杆10通过相应的开口穿过塔隔板34引导。
图3示出振荡体12经由多个耦联元件32与塔壁部4的耦联的放大的局部图，其中在图3中仅示出一个耦联元件。在图6中在更详细的视图中示出的耦联元件32借助中间部段38固定在振荡体12的上部边缘30上或其振荡体罩壳16上。
中间部段38弹簧弹性地设置在第一锚固部段41和第二锚固部段42之间。第一和第二锚固部段41、42刚性地彼此连接。第一锚固部段41经由固定角状件44固定在塔隔板34上。
在振荡体12相对于塔壁部4振荡运动时，因此进行从振荡体12经由中间部段38到耦联元件32中的力导入，所述耦联元件将其弹簧弹性地传递到第一锚固部段41上并且此外经由固定角状件44传递到塔隔板34上从而传递到塔壁部4上。由此振荡体12弹簧弹性地与塔壁部4耦联。
此外，在图3中也还表明线缆束46，所述线缆束可以引导穿过塔隔板34和尤其也穿过内部空间，即振荡体12的振荡体内部空间18。对此，在塔隔板34中可以设有开口，在所述开口中引导线缆束46穿过线缆引导部48。
在下部边缘28的区域中的构造在图4中示出并且完全类似于在上部边缘30的区域中的构造。在下部边缘28的区域中，振荡体也与耦联元件32的中间部段38耦联。耦联元件32又经由第一锚固部段41经由固定角状件44与加固环36耦联。加固环36也可以称作为抗屈曲加劲部(Beulsteife)。
振荡体12也可以在其下侧上具有线缆引导部49。
从图5的俯视图中尤其可得知振荡体12的形状。所述振荡体基本上具有圆柱形的形状，所述圆柱形的形状设有垂直的中断部50。所述垂直的中断部50用于，在塔梯52的区域中提供空间。振荡体12因此可以通过其相对大的外直径具有大量体积从而高的质量。塔的内部空间由此仍然保持可用，尤其由此不妨碍经由塔梯52的攀登。
为了尽管存在中断部50仍实现振荡体12的居中的质心，振荡体12的壁厚可以在塔梯52的区域中与在背离塔梯52的区域处相比略微更大地构成。为了阐述，绘制靠近塔梯52的区域54和远离塔梯52的区域56。质量补偿因此可以通过如下方式进行：在靠近塔梯的区域54中设有尤其高的壁厚，而在远离塔梯的区域56中设有尽可能小的壁厚。
图6在侧向剖面图中示出具有其他细节的耦联元件32。第一和第二锚固部段41、42经由拉杆58固定地彼此连接。中间部段38可以相对于两个锚固部段41和42运动。拉杆58对此也可以形成用于这种运动的用于中间部段38的引导件。此外，每个锚固部段也可以称作为端板并且中间部段38可以称作为中间板。
在中间部段38和第一锚固部段41之间设置有第一弹簧61，所述第一弹簧形成第一弹簧部段。在中间部段38和第二锚固部段42之间设置有第二弹簧62，所述第二弹簧形成第二弹簧部段。
这两个弹簧61和62共同地形成耦联元件32的共同的弹簧机构。两个弹簧61和62基本上是相同的并且两个弹簧61和62是预紧的。图6就此而言示出耦联元件32的静止位置。两个弹簧61和62构成为螺旋弹簧并且分别在第一或第二锚固部段41、42和中间部段38上的容纳部段中容纳。
两个弹簧61和62预紧表示，所述弹簧在图6中示出的位置中已经压缩。两个弹簧61和62因此已经将力分别从第一或第二锚固部段41或42施加到中间部段38上，或者相反，但其中这两个力在示出的静止位置中抵消。中间部段38沿着拉杆58的运动通过所述预紧基本上经受在偏移和弹簧力之间的线性的关联关系。通过沿一个方向、例如朝向第一锚固部段41的运动，第一弹簧61的弹簧力提高，而第二弹簧62的弹簧力减小。如果中间部段38从示出的静止位置沿相反方向运动，那么出现相同的效果，其中通过第二弹簧62实现的力提高并且通过第一弹簧61实现的力减小。在中间部段38上从而也在振荡体12上得到的力从两个弹簧61和62的弹力的差中得出。力关联关系因此在两个偏移方向下是相同的。
此外设有阻尼部段64，所述阻尼部段基本上具有衰减缸66，衰减活塞68在所述衰减缸中运动。衰减活塞68具有阻力冲头70，其在衰减缸66中的运动由此制动，使得在衰减缸66中的流体必须经过所述阻力冲头70。衰减效果，即运动速度相关的阻力在此基本上与衰减活塞68的运动方向无关，从而与阻力冲头70的运动方向无关。
衰减活塞68从而阻力冲头70的耦联经由套管72进行，所述套管固定在中间部段38上，从而在中间部段38运动时连同其一起运动，并且在此也带动衰减活塞68。为了引导中间部段38此外设有引导缸74，所述引导缸将中间部段38引导到拉杆58上。
也可见的是，耦联元件设计用于，在振荡体12和塔壁部4之间从而在中间部段38和第一锚固部段41之间的运动幅值最多为在第一锚固部段41和中间部段38在其静止位置之间的间距的一半大。借此也实现，两个弹簧61和62不置于其最大偏移极限，由此对于预设的运动范围基本上可以实现在所述运行范围中的线性。
此外，在图6中示出耦联元件32的结合，据此耦联元件32借助其中间部段38固定在振荡体12的上侧上。借助其锚固部段41，其经由活节头43固定在要衰减其振荡的塔的塔壁部4上。塔的振荡运动在此引起在塔壁4和振荡体12之间的相对运动，从而引起在锚固部段41和中间部段38之间的相对运动。也可以出现振荡体12的小的竖直运动，所述竖直运动可以通过活节头43考虑。
要指出的是，出于概览性，为相似的、但是可能不相同的元件使用相同的附图标记。这适用于全部图的描述。因此，实现和提出如下解决方案，所述解决方案可以影响，至少衰减塔的固有频率从而在构建新的塔时实现更多自由度。就弃用减振器而言，在构建新的塔时因此可以考虑到，塔的弯曲振荡的固有频率不与出自设施的运行的激励频率重合或者不接近，以便避免有害的共振。
在构建具有减振器的塔时，不考虑如下固有频率的位置，减振器协调于所述固有频率，由此可以在构建时实现更大的自由度。
构成为空心柱的振荡体能够实现在塔中的居中的线缆穿引，所述振荡体也可以称作为减振块。通过使用最可能的减振块半径，可以在体积方面优化地利用结构空间，至少非常好地利用结构空间，从而能够在振荡体中安置大量质块。弹簧阻尼元件的星形的设置，即耦联元件的星形的设置允许减振器的、即耦联元件的全方向的、即近似与方向无关的作用方式。
振荡体在阐述的摆杆上的悬挂同样能够实现近似全方向的作用方式并且强制振荡体、即减振质块进行无翻转的运动。作用的方向无关性随着减振器、即耦联元件的数量增大。

Claims (23)

1.一种耦联元件(32)，其配置用于固定在风能设施(100)的塔的塔壁部(4)和振荡体(12)之间，以便影响在所述振荡体(12)和所述塔壁部(4)之间的相对运动，以便由此影响所述塔的振荡性能，所述耦联元件包括：
-用于固定在所述振荡体(12)上的第一固定部段，和
-用于固定在所述塔壁部(4)上的第二固定部段，
以便在所述振荡体(12)和所述塔壁部(4)之间经由所述耦联元件(32)建立机械耦联，其中
-所述耦联允许在振荡体(12)和塔壁部(4)之间的相对运动，并且所述相对运动
-具有第一运动方向，在所述第一运动方向下所述第一固定部段和所述第二固定部段相向运动，并且
-具有第二运动方向，在所述第二运动方向下所述第一固定部段和所述第二固定部段彼此远离，并且所述耦联元件(32)
-具有用于在所述第一固定部段和所述第二固定部段之间的弹簧弹性的耦联的弹簧机构，其中所述弹簧弹性的耦联通过弹簧函数描述，并且所述弹簧机构构成为，使得
-对于所述第一运动方向和所述第二运动方向的弹簧函数基本相同，并且此外或替选地，所述弹簧机构构造成，使得
-在所述弹簧机构中的沿所述第一运动方向的运动引起第一弹簧部段的压缩和第二弹簧部段的拉伸，并且
-在所述弹簧机构中的沿所述第二运动方向的运动引起所述第一弹簧部段的拉伸和所述第二弹簧部段的压缩，
以便由此使用于所述第一运动方向和所述第二运动方向的弹簧函数彼此均等。
2.根据权利要求1所述的耦联元件(32)，
其特征在于，
所述耦联元件(32)构成为弹簧衰减器元件，并且
-具有用于所述第一固定部段和第二固定部段之间的阻尼耦联的阻尼部段(64)，其中所述阻尼耦联通过阻尼函数描述，并且其中
-用于所述第一运动方向和第二运动方向的阻尼函数基本上是相同的。
3.根据权利要求1或2所述的耦联元件(32)，
其特征在于，
-所述弹簧函数是线性的，并且此外或替选地
-所述阻尼函数是线性的。
4.根据上述权利要求中任一项所述的耦联元件(32)，
其特征在于，
-具有第一锚固部段和第二锚固部段(41，42)，所述锚固部段固定地彼此连接，以及
-在所述第一锚固部段和所述第二锚固部段(41，42)之间设置的并且相对于所述第一锚固部段和所述第二锚固部段(41，42)可运动的中间部段(38)，其中
-所述第一锚固部段或所述第二锚固部段(41，42)与所述第二固定部段固定地连接，并且
-所述中间部段(38)与所述第一固定部段固定地连接，使得所述相对运动对应于在所述锚固部段(41，42)之间的所述中间部段(38)的运动。
5.根据权利要求4所述的耦联元件(32)，
其特征在于，
作为弹簧机构
-第一弹簧(61)设置在所述中间部段(38)和所述第一锚固部段(41)之间，和
-第二弹簧(62)设置在所述中间部段(38)和所述第二锚固部段(42)之间，其中所述第一弹簧(61)形成所述第一弹簧部段，并且所述第二弹簧(62)形成所述第二弹簧部段，并且两个弹簧(61，62)优选是相同的。
6.根据权利要求5所述的耦联元件(32)，
其特征在于，
所述第一弹簧和所述第二弹簧(61，62)是预紧的，使得两个弹簧都不在所述耦联元件运动时达到或超过松弛状态。
7.根据上述权利要求中任一项所述的耦联元件(32)，
其特征在于，
在第一锚固部段和第二锚固部段(41，42)之间的间距是可设定的，以便设定预紧力。
8.一种风能设施(100)的塔(102)，所述塔具有塔中轴线(24)、塔壁部(4)和用于影响所述塔(102)的振荡的振荡设备，其中所述振荡设备
-具有在所述塔(102)中与所述塔壁部(4)间隔开地悬挂的振荡体(12)，和
-至少一个在所述振荡体(12)和所述塔壁部(4)之间固定的耦联元件，用于影响在所述振荡体(12)和所述塔壁部(4)之间的相对运动，其中
-所述振荡体(12)沿着垂直的体中轴线(26)空心地构成。
9.根据权利要求8所述的塔(102)，
其特征在于，
所述振荡体(12)基本上构成为空心截锥或空心圆柱，并且可选地具有在罩壳中的垂直的中断部(50)，以便实现用于在内部设置在所述塔壁部(4)上的塔梯(52)的空间，使得服务人员能够沿着所述塔梯(52)在所述塔(102)中登塔和下塔，并且在此能够在所述中断部的区域中经过所述振荡体。
10.根据权利要求8或9所述的塔(102)，
其特征在于，
所述振荡体(12)具有围绕所述中轴线(26)环绕的具有壁厚的振荡体壁部，并且壁厚沿环周方向改变，使得所述振荡体(12)具有在所述中轴线(26)中的重心，其中所述中轴线(26)对应于所述振荡体(12)的几何中心和/或在所述振荡体(12)的静止状态中与所述塔中轴线(24)一致。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的塔(102)，
其特征在于，
所述振荡体(12)相对于所述塔壁部(4)居中地以平均壁间距间隔开地悬挂，并且所述壁间距在相关的区域中分别小于塔内直径的四分之一，尤其分别小于所述塔内直径的八分之一。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的塔(102)，
其特征在于，
所述振荡体(12)经由摆杆(10)在固定部段处、尤其在塔顶法兰(6)处悬挂，其中优选地，设有三个、四个或更多个摆杆(10)，使得所述振荡体限于平移运动或无翻转运动，其中所述摆杆优选地在两侧设有球形的活节头或者设有万向节的悬挂件，使得能够实现沿全部水平方向的运动。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的塔(102)，
其特征在于，
所述振荡体(12)由具有与水相比更高的或相同的密度的材料制造，尤其具有水的至少两倍高的密度，其中尤其地，作为材料使用混凝土，尤其所述振荡体基本上由钢筋混凝土制成。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的塔(102)，
其特征在于，
在所述振荡体(12)和所述塔壁部(4)之间设置有多个耦联元件(32)，并且多个耦联元件沿围绕所述振荡体(12)的环周方向分布，并且多个耦联元件分别在所述振荡体(12)和所述塔壁部(4)处固定，以便在所述振荡体(12)和所述塔壁部(4)之间建立机械耦联，其中所述耦联允许在振荡体(12)和塔壁部(4)之间的水平相对运动。
15.根据权利要求8至14中任一项所述的塔(102)，
其特征在于，
作为耦联元件(32)分别使用根据权利要求1至7中任一项所述的耦联元件(32)，尤其提出，设有偶数个耦联元件，尤其六个耦联元件。
16.根据权利要求8至15中任一项所述的塔(102)，
其特征在于，
多个耦联元件(32)或其中的一些在所述振荡体(12)之上设置，此外或替选地在其之下设置。
17.根据权利要求8至16中任一项所述的塔(102)，
其特征在于，
所述振荡体(12)具有质心，并且所述振荡体在所述塔(102)中在如下高度上悬挂，即，使得所述质心处于所述塔(102)的上半部，尤其处于上五分之三，并且此外或替选地，所述振荡体在固定部段处悬挂，所述固定部段设置在所述塔顶法兰(6)上或设置在其附近。
18.一种振荡设备，其配置用于在风能设施(100)的塔(102)中使用，以影响所述塔(102)的振荡，其中所述振荡设备
-具有能在所述塔(102)中与所述塔壁部(4)间隔开地悬挂的振荡体(12)，和
-至少一个耦联元件(32)，所述耦联元件用于固定在所述振荡体(12)和所述塔壁部(4)之间，以便影响在所述振荡体(12)和所述塔壁部(4)之间的相对运动，其中
-所述振荡体(12)沿着竖直的中轴线(26)空心地构成，并且此外或替选地，
-每个耦联元件(32)具有弹簧函数，并且所述弹簧函数对于第一运动方向和与所述第一运动方向相反的第二运动方向基本上是相同的。
19.根据权利要求18所述的振荡设备，
其特征在于，
-所述振荡设备配置用于在根据权利要求8至17任一项所述的塔(102)中使用，并且此外或替选地，
-用作为至少一个根据权利要求1至7中任一项所述的耦联元件(32)。
20.一种用于影响风能设施(100)的塔(102)的塔振荡或固有频率的方法，其中所述塔(102)具有带有多个耦联元件(102)的振荡设备，包括如下步骤：
-检测塔固有频率或塔振幅，
-预设期望的减振固有频率或期望的最大的塔振幅，和
-将所述耦联元件设定成所述减振固有频率，或使得所述塔振幅保持低于所述期望的最大的塔振幅，其中
-必要时重复所述步骤。
21.根据权利要求20所述的方法，
其特征在于，
所述方法连同至少一个如下设备一起使用，所述设备选自如下列表：
-根据权利要求1至7中任一项所述的具有耦联元件(32)的振荡设备，
-根据权利要求8至17中任一项所述的塔(102)，和
-根据权利要求18至19中任一项所述的振荡设备。
22.一种风能设施(100)，所述风能设施具有：吊舱(104)，所述吊舱具有空气动力学的转子(106)；和塔(102)，所述塔具有塔中轴线(24)；塔壁部(4)和用于影响所述塔(102)的振荡的振荡设备，其中所述风能设施(100)的特征在于选自如下列表的特征中的至少一个：
-所述振荡设备具有根据权利要求1至7中任一项所述的耦联元件(32)，
-所述塔(102)根据权利要求8至17中任一项构成，
-振荡设备根据权利要求18或19构成，和
-所述风能设施(100)具有控制设备，所述控制设备配置用于，执行根据权利要求20或21所述的方法。
23.一种根据权利要求18或19所述的振荡设备的振荡体。
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