CN112145367A - 涡激振动抑制装置及抑制方法、海上风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种涡激振动抑制装置及抑制方法、海上风力发电机组，涡激振动抑制装置用于安装到海上风力发电机组的风机基础上，涡激振动抑制装置包括外转筒和转动支承件，外转筒套设在风机基础的外部，转动支承件设置在外转筒与风机基础之间，支承外转筒并允许外转筒围绕风机基础旋转，外转筒的外表面上设置有多个涡流发生器。根据本发明的涡激振动抑制装置及抑制方法、海上风力发电机组能够根据来流方向变化有针对性地调节涡激振动抑制装置的位置，从而对涡激振动的抑制作用达到最佳效果。

Description

涡激振动抑制装置及抑制方法、海上风力发电机组

技术领域

本发明涉及用于海上风力发电机组的风机基础的涡激振动抑制装置、包括该涡激振动抑制装置的海上风力发电机组以及用于海上风力发电机组的涡激振动抑制方法。

背景技术

由于海上风场具有高风速、低风切变、低湍流、高发电小时数等优点，海上风力发电机组的装机量迅速增长，海上风力发电机组已成为风力发电技术发展的重要领域。

用于海上风电机组的风机基础根据离岸距离、海上环境等因素分为单桩、多桩、重力式、吸力式、漂浮式等不同形式，其中，单桩圆柱基础广为应用。然而，由于圆柱基础的横截面为圆形，在流体介质为水的情况下极易产生卡门涡街，一定雷诺数下形成交替脱落非对称涡系，影响圆柱基础表面压力分布，进而产生周期性侧向力，引起结构振动，而当流体流速增大到一定值时，涡脱落频率接近基础结构的固有频率，会产生共振，使得振幅激增，极易造成基础结构的破坏，引发事故，这种流体与结构物相互作用的现象被称为涡激振动(VIV)。

对于海上风电机组的风机基础而言，由于常年处于水下环境，并且在潮汐作用下水流环境复杂、水流方向发生变化，使得风机基础受涡激振动的影响较大。

目前，用于海上环境的涡激振动抑制装置一般是在结构物外部加装螺旋状导流板，以通过导流板破坏绕流结构来被动抑制涡激振动，然而，这样的导流板对卡门涡街的削弱作用针对性不高、结构重量大、性价比低。此外，这样的导流板一般设置在结构物的固定位置上，对来流变化的适应性较差，无法实现不定向来流的最优抑制。

发明内容

为了解决涡激振动抑制装置无法实现对不定向来流的最优抑制等问题，本发明提供用于海上风力发电机组的风机基础的涡激振动抑制装置、包括该涡激振动抑制装置的海上风力发电机组以及用于海上风力发电机组的涡激振动抑制方法，能够根据来流方向变化有针对性地调节涡激振动抑制装置的位置，从而对涡激振动的抑制作用达到最佳效果。

本发明的一方面提供一种涡激振动抑制装置，涡激振动抑制装置用于安装到海上风力发电机组的风机基础上，涡激振动抑制装置包括外转筒和转动支承件，外转筒套设在风机基础的外部，转动支承件设置在外转筒与风机基础之间，支承外转筒并允许外转筒围绕风机基础旋转，外转筒的外表面上设置有多个涡流发生器。

优选地，多个涡流发生器可包括沿着外转筒的高度方向排布的两列涡流发生器，两列涡流发生器相对于外转筒的圆心形成的圆心角可在80°至160°的范围。

优选地，圆心角可在130°至150°的范围。

优选地，两列涡流发生器中的每列中的涡流发生器沿着外转筒的高度方向两两成对地设置，并且每对涡流发生器彼此相对于水平方向对称设置。

优选地，涡流发生器的高度为h，涡流发生器的长度为l，相邻的两对涡流发生器的各自对称轴之间的间距为λ，每对涡流发生器中的两个涡流发生器之间在外转筒的高度方向上最大间距为L，其中，h为风机基础的绕流边界层厚度的0.6倍至2倍，其中，涡流发生器满足表达式：l/h＝1.5、λ/h＝4以及L/h＝1.5。

优选地，涡流发生器可为从外转筒的外表面向外突出的突块或突片。

优选地，转动支承件可设置为至少两个，转动支承件可为滚动轴承或行星齿轮结构。

优选地，转动支承件可包括分别设置在外转筒的轴向两端处的上轴承和下轴承，上轴承和下轴承可分别包括内圈、外圈和位于内圈与外圈之间的滚动体，内圈用于安装到风机基础上，外圈固定在外转筒的内壁上。

优选地，涡激振动抑制装置还可包括密封圈，密封圈可设置在外转筒的端部上，密封外转筒与风机基础之间的空间。

优选地，涡激振动抑制装置还可包括驱动装置，驱动装置驱动外转筒旋转。

优选地，驱动装置可为齿轮驱动结构、涡轮蜗杆驱动结构或齿形带驱动结构。

优选地，外转筒的下端可形成有齿轮部，驱动装置可包括驱动齿轮，驱动齿轮与齿轮部啮合，以通过驱动齿轮部使外转筒旋转。

本发明的另一方面提供一种海上风力发电机组，海上风力发电机组包括风机基础以及如上所述的涡激振动抑制装置，涡激振动抑制装置安装在风机基础上。

本发明的另一方面提供一种用于海上风力发电机组的涡激振动抑制方法，海上风力发电机组的风机基础上设置有涡激振动抑制装置，涡激振动抑制装置包括围绕风机基础可旋转的外转筒和设置在外转筒的外表面上的涡流发生器，涡激振动抑制方法包括：根据海水的来流确定外转筒的目标位置；检测外转筒的当前位置是否与目标位置一致，并根据检测结果确定所述外转筒的旋转操作。

优选地，根据检测结果确定外转筒的旋转操作的步骤包括：如果检测到外转筒的当前位置与目标位置一致，则将外转筒锁定在当前位置。

优选地，根据检测结果确定外转筒的旋转操作的步骤包括：如果检测到外转筒的当前位置与目标位置不一致，则使外转筒旋转至目标位置，在目标位置，涡流发生器中的至少两列涡流发生器关于来流的方向对称设置。

根据本发明的用于海上风力发电机组的风机基础的涡激振动抑制装置可以针对性地削弱、甚至消除卡门涡街引起的涡激振动对风机基础结构造成的破坏。

此外，根据本发明的用于海上风力发电机组的风机基础的涡激振动抑制装置可针对不同来流方向使涡流发生器始终位于能够抑制卡门涡街产生的最敏感位置，对涡激振动抑制的针对性强。

此外，根据本发明的用于海上风力发电机组的风机基础的涡激振动抑制装置可通过调节和锁定涡激振动抑制装置位置实现并保持最佳抑制效果。

此外，根据本发明的用于海上风力发电机组的风机基础的涡激振动抑制装置的结构简洁、重量较轻、成本较低。此外，该涡激振动抑制装置的操作简单，可靠性强。

此外，根据本发明的海上风力发电机组及涡激振动抑制方法具有与涡激振动抑制装置的上述效果相同的效果。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的涡激振动抑制装置的立体图。

图2是示出根据本发明的实施例的涡激振动抑制装置的截面图。

图3是示出根据本发明的实施例的涡激振动抑制装置的涡流发生器的示意图。

图4是示出根据本发明的实施例的涡激振动抑制装置的俯视图。

图5A至图5E是示出根据本发明的实施例的涡激振动抑制装置的涡流发生器的不同形式的示意图。

图6是示出根据本发明的实施例的涡流发生器安装在不同位置处的涡激振动抑制效果的示意图。

图7是示出海上风力发电机组的风机基础在流场中的示意图。

图8是示出应用根据本发明的实施例的涡激振动抑制装置的风机基础在流场中的示意图。

附图标号说明：

1：风机基础，2：底座，10：外转筒，11：涡流发生器，12：齿轮部，20：转动支承件，21：内圈，22：外圈，23：滚动体，30：驱动装置，31：驱动齿轮，40：密封圈，41：上密封圈，42：下密封圈。

具体实施方式

现在将参照附图更全面地描述本发明的实施例，在附图中示出了本发明的示例性实施例。

下面将参照图1至图5描述根据本发明的用于海上风力发电机组的风机基础的涡激振动抑制装置。

根据本发明的用于海上风力发电机组的风机基础的涡激振动抑制装置包括外转筒10和转动支承件20。

如图1和图2所示，外转筒10可套设在海上风力发电机组的风机基础1的外周，转动支承件20设置在外转筒10和风机基础1之间，支承外转筒10并允许外转筒10围绕风机基础1转动。

外转筒10的内径由风机基础1的尺寸和转动支承件20的尺寸综合确定，外转筒10的厚度在满足结构要求前提下可以尽可能薄，并且外转筒10可采用在水流环境中不易锈蚀的合金材料或者复合材料。

外转筒10的外表面上形成有向外突出的多个涡流发生器11。如此，当外转筒10套设在水下风机基础外部时，外转筒10上的涡流发生器11可与水中的流体作用产生涡系，使层流转捩为湍流，并通过动量交换使涡流发生器11下游的边界层能量增加，进而抑制、甚至消除卡门涡街。

图3、图4及图5A至图5E具体示出了涡流发生器11的各种形式及布置方式，其中，为了示意清晰，图4中省略示出风机基础的底座2。

在本发明的涡激振动抑制装置中，可在外转筒10上设置至少两列涡流发生器11，每列涡流发生器11可按照设计间距沿着外转筒10的高度方向排布。

如图3所示，作为气动附件的涡流发生器11可为突块或突片。例如，涡流发生器11可形成为三角形形状的板，但是其形状不局限于三角形，只要能产生有效的涡系即可，例如，涡流发生器11也可形成为具有矩形形状(图5A)、梯形形状(图5B)、矩形圆弧形状(图5C)、三角圆弧形状(图5D和图5E)等截面形状的垂直涡流发生器，还可以形成为呈半球形状的凸起等的三维涡流发生器。此外，多个涡流发生器11也可采用不同的形式。

每列涡流发生器11的间隔参数以及每个涡流发生器11的尺寸可根据具体的绕流情况来设计。具体来说，可根据实际风机基础和水流速度范围确定绕流边界层厚度，再计算设计涡流发生器尺寸和安装位置。

以图1和图3所示的三角形的涡流发生器11为例，每一列中的多个涡流发生器11可沿着外转筒10的高度方向两两成对地设置，并且每对涡流发生器11彼此相对于水平方向对称设置(这里，指的是在外转筒10安装在风机基础上的状态下每对涡流发生器11彼此相对于水平方向对称)，并且多个涡流发生器11分别相对于外转筒10的高度方向倾斜，从而排成一列。在此情况下，若绕流的研究对象(例如，设置诸如单桩桩柱的海上风机基础上的外转筒)所产生的边界层厚度为δ，则每个涡流发生器11的高度h为绕流边界层厚度δ的0.6～2倍，优选地，为1～2倍。假定每个涡流发生器11的长度(即，三角形的与外转筒连接的边的长度)为l，相邻的两对涡流发生器11的对称轴之间的间距为λ、每对涡流发生器11的尾部(用于背对来流方向的部分)之间的间距为L(每对涡流发生器11之间在外转筒10的高度方向上的最大间距)，则可根据关系式l/h＝1.5、λ/h＝4和L/h＝1.5来确定每列涡流发生器11的间隔参数以及每个涡流发生器11的外形参数。

尽管附图中仅示出了三角形板状的涡流发生器，但其他形式的涡流发生器的尺寸、排列、数量也可根据上述构造进行设置，并且可根据风机基础尺寸、流动环境等进行适应性的调整。

此外，优选地，两列涡流发生器相对于来流方向在外转筒10的圆周上对称排布时可最大地抑制涡激振动。

具体来说，如图4所示，在涡流发生器11设置为两列的情况下，O点为外转筒10的圆心，A位置为外转筒10的外圆周上正对来流的位置，即驻点。换句话说，连线AO与来流方向一致，两列涡流发生器11分别在外转筒10的外圆周上设置在B位置和C位置处，当角AOB和角AOC相等时，涡流发生器11可产生对涡激振动的最佳抑制。

根据圆柱绕流流场特性，在圆柱两侧的分离点前适当位置对称安装涡流发生器，其产生的涡系为圆柱绕流边界层注入能量，可以最大限度影响下游两侧流动区域及尾流，产生最好的流动控制效果。因此，当来流方向改变时，可使外转筒10旋转，以使得两侧的涡流发生器11相对于来流方向处于对称分布的最佳抑制位置，从而有效地抑制涡激振动。对于外转筒10的旋转的控制将在下文中进行详细描述。

此外，角AOB和角AOC可在40°～80°范围，也就是说，两侧的涡流发生器11相对于外转筒10的圆心O形成的圆心角在80°至160°的范围内。满足该范围的涡流发生器11可更有效地抑制涡激振动。

优选地，角AOB和角AOC可在65°～75°范围，更优选地，角AOB和角AOC的最优设计角度可为70°。

图6示出了当涡流发生器安装在不同周向角(即，角AOB和角AOC)时对涡激振动的抑制效果的对比曲线图，其中，纵轴为涡激振动的相对振幅，横轴为相对流速。下面的表1给出了与图6对应的数据。

【表1】

由图6可见，与无涡流发生器的情况相比，在安装涡流发生器后，可提高涡激振动的起振流速，可缩小涡激振动发生的流速区间，并且可降低涡激振动的共振幅值。

此外，与45°和90°的角AOB和角AOC相比，在涡流发生器安装为使角AOB和角AOC为75°的情况下，其对涡激振动的抑制效果最好、最明显，使得涡激振动的相对振幅可被抑制到最小，起振范围抑制到最小。而在涡流发生器安装为使角AOB和角AOC为90°的情况下，其对涡激振动的相对振幅抑制效果微小。此外，尽管图6和表1中未示出，但是在涡流发生器安装为使角AOB和角AOC大于90°的情况下，其对涡激振动基本无抑制作用。

因此，将两侧的涡流发生器11对应的圆心角设置为在80°至160°的范围内较为合理，并且，优选地，在130°至150°的范围。

对于筒状的风机基础1，涡流发生器11优选地设置在外转筒10的两侧，每侧设置为一列。然而，涡流发生器11不限于设置为每侧一列，也可在每侧设置多列，而设置为多列时，优选地分布在最佳角度位置附近。

转动支承件20可设置为至少两个。转动支承件20可设置在外转筒10的内壁与风机基础1的外表面之间，以允许外转筒10相对于风机基础1旋转。

作为示例，转动支承件20可形成为滚动轴承结构，如图2所述，转动支承件20可包括分别设置在外转筒10的上下两端处的上轴承和下轴承。上轴承和下轴承分别包括内圈21、外圈22和位于内圈21与外圈22之间的滚动体23。内圈21可安装到风机基础1上，外圈22可通过螺栓连接等刚性连接方式固定在外转筒10的内壁上，从而通过滚动体23在内圈21与外圈22之间滚动使得外转筒10可相对于风机基础1周向旋转。上轴承和下轴承可为圆锥止推轴承，轴承的外圈与外转筒10的内壁刚性连接，轴承的内圈与风机基础1的外壁连接，并且连接方式采用过盈配合，例如，内圈21的内周周长可略小于风机基础1的外周周长。

上轴承和下轴承也可为深沟球轴承、圆柱止推轴承、滚针止推轴承等。优选地，由于外转筒10及其上的涡流发生器11的材料比较薄且重量轻，因此可以以摩擦阻力尽可能小作为上轴承和下轴承的选择依据，使外转筒10能够容易地旋转。此外，转动支承件20不限于包括上下两组轴承，也可设置更多组轴承。

转动支承件20的实现方式不限于轴承结构，其也可以为其他形式，只要能够支撑在风机基础1与外转筒10之间并且允许二者相对旋转即可。例如，转动支承件20可形成为行星齿轮机构，在此情况下，内齿圈可套设并固定在风机基础1的外壁上，并且内齿圈的外侧表面上具有齿牙，外齿圈的外侧表面可固定在外转筒10的内壁上，外齿圈的内侧表面可具有齿牙，从而多个行星齿轮可设置在内齿圈与外齿圈之间，并且能够在齿圈之间转动，使得外转筒10可相对于风机基础1旋转。

在上述构造中，当来流方向变化时，在水流的作用下，外转筒10可围绕风机基础1旋转，使得涡流发生器11的位置相应地改变，有利于随着来流方向的变化，能够对涡激振动进行较好的抑制。

进一步地，根据本发明的用于海上风力发电机组的风机基础的涡激振动抑制装置还可包括驱动装置30，驱动装置30可向外转筒10施加驱动力，从而主动地调整外转筒10旋转程度，以使涡激振动效果最优化。具体来说，驱动装置30可与外转筒10结合，用于驱动外转筒10旋转至指定位置，并且驱动装置30可限位外转筒10的周向位置。

驱动装置30可设置在风机基础的底座2中，同时，外转筒10的下端可位于风机基础的底座2中，驱动装置30可与外转筒10的下端结合以驱动外转筒10旋转和锁定外转筒10的位置。

如上文中所述，当两侧的涡流发生器11相对于来流方向在外转筒10的圆周上对称排布时，可最大程度地抑制涡激振动，因此，针对不同的来流方向，可调整两列涡流发生器11的位置(即，旋转外转筒10)来实现最佳抑制效果，可通过驱动装置30来实现对外转筒10的旋转的控制。

具体来说，当海水流经风机基础1时，若海水水流方向稳定不变，涡流发生器11会影响风机基础1绕流的边界层流动状态，从而削弱、甚至消除风机基础1尾流区的卡门涡街，抑制由于卡门涡街引起的涡激振动。然而，当海水处于潮汐带等水域时，由于涨潮落潮会导致海水水流方向发生变化，即，风机基础1的绕流引起的尾流区方向改变，为了更有针对性地抑制卡门涡街的产生，可通过驱动装置30驱动外转筒旋转，使外转筒的A位置(见图4)正对来流，并且对外转筒进行锁定，从而保持两列涡流发生器11位于最佳涡激振动抑制位置。

驱动装置30可为齿轮驱动结构、涡轮蜗杆驱动结构或齿形带驱动结构。作为示例，如图2所示，外转筒10的下端可形成有齿轮部12，驱动装置30可包括与齿轮部12啮合的驱动齿轮31以及提供驱动力的驱动电机(未示出)，以通过驱动齿轮部12使外转筒10旋转。

驱动装置30可设置在风机基础的底座2中，但不限于此，其可设置在任意合适位置，只要能够驱动外转筒的旋转和锁定即可。对外转筒10的驱动和锁定可通过上文中提到的各种驱动结构来实现，例如，当将外转筒10驱动至指定位置时，可通过抱死驱动装置30的驱动结构而将外转筒10锁定在当前位置。然而，本发明不限于此，驱动装置30还可包括另外的锁定单元(未示出)，例如，锁定单元可为锁定销结构，当外转筒10旋转至指定位置时，锁定销可插入到外转筒10的齿轮部12的齿牙间，从而加强对外转筒10的锁定。

在应用本发明的涡激振动抑制装置时，当来流作用于涡流发生器11时，产生的力矩会使外转筒10旋转(在摩擦力足够小、产生的力矩较大的条件下)至一个平衡位置。然而，该平衡位置可能不是涡流发生器11的最佳抑制位置，此时，可通过驱动装置30驱动外转筒10旋转，根据来流的方向将外转筒10旋转至涡流发生器11的最佳抑制位置。这里，外转筒的旋转角度可不受限制，即，可为0～360°。

为了确定来流方向，涡激振动抑制装置可包括检测传感器(例如，角度传感器)，检测传感器可设置在外转筒10的外壁上或者风机基础1或底座2上。此外，也可不设置单独的检测传感器，而是借助海上风力发电机组的检测系统确定来流方向。

此外，根据本发明的涡激振动抑制装置还可包括密封圈40，密封圈40可设置在外转筒10的端部上，以密封外转筒10与风机基础1之间的空间，防止该空间进水，影响转动支承件20的工作或腐蚀转动支承件20。

如图2所示，密封圈40可包括上密封圈41和下密封圈42，上密封圈41可对风机基础1与外转筒10的上端部之间进行密封，上密封圈41可采用动密封。上密封圈41的内边缘可固定到风机基础1，上密封圈41的外边缘可搭接在外转筒10上，并且外转筒10可相对于上密封圈41旋转。作为另一种选择，上密封圈41的外边缘可固定到外转筒10的上端部，上密封圈41的内边缘可搭接在风机基础1上，并且上密封圈41可随外转筒10一起旋转。

下密封圈42可对外转筒10的下端部与底座2之间进行密封，类似地，其也采样动密封的方式，即，下密封圈42可固定在外转筒10上并与其一起旋转，或者，下密封圈42可固定在底座2上，外转筒10可相对于其旋转。

本发明的涡激振动抑制装置主要针对海上风机基础，即，处于水中的圆柱体支撑结构。相比于大气风速，水流速度较低，流动状态稳定，流动雷诺数处于低雷诺数范围，因此，水流流经圆柱形风机基础时更容易产生卡门涡街，也更容易引起涡激振动。特别地，海上风力发电机组一般处于近海水域或者潮间带，海水流动方向整体呈现周期性变化，因此，应用本发明的涡激振动抑制装置可根据水流方向转动涡流发生器的方位，利用周向方向可变的涡流发生器产生的涡系，与基础绕流边界层进行掺混，从最敏感处削弱甚至消除卡门涡街，实现对涡激振动的较好地针对性抑制。

下面将具体地描述利用上述涡激振动抑制装置进行涡激振动抑制的方法。

在根据本发明的涡激振动抑制方法中，可根据海水的来流确定外转筒10的目标位置，然后检测外转筒10的当前位置是否与目标位置一致，根据检测结果确定外转筒10的旋转操作。如果检测到外转筒10的当前位置与目标位置一致，则可将外转筒10锁定在当前位置。如果检测到外转筒10的当前位置与目标位置不一致，则使外转筒10旋转至该目标位置，在该目标位置，涡流发生器11中的至少两列涡流发生器11关于来流方向对称设置。

具体来说，在海水的来流的作用下，涡流发生器11受到水流的推动，由于当水流速度增加至一定大小时，涡流发生器11自身的阻力会带动外转筒10旋转至自身平衡的位置，此时，驱动装置30的驱动电机空转，未对外转筒10施加驱动力。

可根据海水的来流确定外转筒10的目标位置(例如，上文所述的最佳抑制位置)。例如，可通过检测传感器或检测系统来确定海水的来流方向，并根据来流方向确定外转筒10的目标位置，即，两列涡流发生器相对于来流方向对称分布的位置。

检测外转筒10的当前的位置是否为目标位置，并根据检测结果确定外转筒10的固定位置。例如，可通过检查传感器或检测系统感测当前状态下外转筒10相对于来流方向的位置，若当前的位置为目标位置，则通过驱动装置30对外转筒10进行锁定，以保持当前位置不变；若当前的位置不在目标位置，则判断当前位置与目标位置之间的距离，并通过驱动装置30驱动外转筒10旋转过该距离，以使涡流发生器11位于目标位置，并且当外转筒10到达目标位置时通过驱动装置30进行锁定，确保抑制效果。

通过驱动装置30主动调节外转筒10的位置的过程可称为主动控制过程，这种主动控制手段对涡激振动抑制作用针对性显著，可有效提高海上风机基础的结构可靠性和安全性。

在本发明中，通过设置可旋转的涡激振动抑制装置，能针对性地削弱、甚至消除不同方向来流产生的卡门涡街，并且可根据水流环境适应性地调整涡流发生器11的位置，从而实现最佳的涡激振动抑制效果。

图7和图8示出了设置本发明的涡激振动抑制装置前后风机基础的流场情况。在未设置涡激振动抑制装置的情况下，图7中出现了明显的非对称卡门涡街，如果涡脱落频率和圆柱基础的固有频率相当，则会发生涡激振动，而周期性的作用力会对风机基础的结构造成破坏。图8中示出了设置涡激振动抑制装置的情况，可以看出，圆柱基础尾流涡街基本被抑制，流场趋于均匀，不再产生周期性激振力，抑制了涡激振动。

根据本发明的另一实施例是一种海上风力发电机组，海上风力发电机组包括风机基础1以及上述涡激振动抑制装置，涡激振动抑制装置安装在风机基础1上。此外，风机基础1可为单桩、多桩等各种形式的非流线型海上风机基础。

根据本发明的用于海上风力发电机组的风机基础的涡激振动抑制装置可以针对性地削弱、甚至消除卡门涡街引起的涡激振动对风机基础结构造成的破坏。

此外，根据本发明的用于海上风力发电机组的风机基础的涡激振动抑制装置可针对不同来流方向使涡流发生器始终位于能够抑制卡门涡街产生的最敏感位置，对涡激振动抑制的针对性强。

此外，根据本发明的用于海上风力发电机组的风机基础的涡激振动抑制装置可通过调节和锁定涡激振动抑制装置位置实现并保持最佳抑制效果。

此外，根据本发明的用于海上风力发电机组的风机基础的涡激振动抑制装置的结构简洁、重量较轻、成本较低。此外，该涡激振动抑制装置的操作简单，可靠性强。

此外，根据本发明的海上风力发电机组及涡激振动抑制方法具有与涡激振动抑制装置的上述效果相同的效果，在此不再赘述。

虽然已经参照本发明的示例性实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。

Claims (16)

1.一种涡激振动抑制装置，其特征在于，所述涡激振动抑制装置用于安装到海上风力发电机组的风机基础上，所述涡激振动抑制装置包括外转筒(10)和转动支承件(20)，所述外转筒(10)套设在所述风机基础(1)的外部，所述转动支承件(20)设置在所述外转筒(10)与所述风机基础(1)之间，支承所述外转筒(10)并允许所述外转筒(10)围绕所述风机基础(1)旋转，所述外转筒(10)的外表面上设置有多个涡流发生器(11)。

2.根据权利要求1所述的涡激振动抑制装置，其特征在于，所述多个涡流发生器(11)包括沿着所述外转筒(10)的高度方向排布的两列涡流发生器(11)，所述两列涡流发生器(11)相对于所述外转筒(10)的圆心形成的圆心角在80°至160°的范围。

3.根据权利要求2所述的涡激振动抑制装置，其特征在于，所述圆心角在130°至150°的范围。

4.根据权利要求2所述的涡激振动抑制装置，其特征在于，所述两列涡流发生器(11)中的每列中的涡流发生器(11)沿着所述外转筒(10)的高度方向两两成对地设置，并且每对涡流发生器(11)彼此相对于水平方向对称设置。

5.根据权利要求4所述的涡激振动抑制装置，其特征在于，所述涡流发生器(11)的高度为h，所述涡流发生器(11)的长度为l，相邻的两对涡流发生器(11)的各自对称轴之间的间距为λ，每对涡流发生器(11)中的两个涡流发生器(11)之间在所述外转筒(10)的高度方向上最大间距为L，

其中，所述h为所述风机基础(1)的绕流边界层厚度的0.6倍至2倍，

其中，所述涡流发生器(11)满足表达式：l/h＝1.5、λ/h＝4以及L/h＝1.5。

6.根据权利要求1所述的涡激振动抑制装置，其特征在于，所述涡流发生器(11)为从所述外转筒(10)的外表面向外突出的突块或突片。

7.根据权利要求1所述的涡激振动抑制装置，其特征在于，所述转动支承件(20)设置为至少两个，所述转动支承件(20)为滚动轴承或行星齿轮结构。

8.根据权利要求1所述的涡激振动抑制装置，其特征在于，所述转动支承件(20)包括分别设置在所述外转筒(10)的轴向两端处的上轴承和下轴承，所述上轴承和所述下轴承分别包括内圈(21)、外圈(22)和位于所述内圈(21)与所述外圈(22)之间的滚动体(23)，所述内圈(21)用于安装到所述风机基础(1)上，所述外圈(22)固定在所述外转筒(10)的内壁上。

9.根据权利要求1所述的涡激振动抑制装置，其特征在于，所述涡激振动抑制装置还包括密封圈(40)，所述密封圈(40)设置在所述外转筒(10)的端部上，密封所述外转筒(10)与所述风机基础(1)之间的空间。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的涡激振动抑制装置，其特征在于，所述涡激振动抑制装置还包括驱动装置(30)，所述驱动装置(30)驱动所述外转筒(10)旋转。

11.根据权利要求10所述的涡激振动抑制装置，其特征在于，所述驱动装置(30)为齿轮驱动结构、涡轮蜗杆驱动结构或齿形带驱动结构。

12.根据权利要求10所述的涡激振动抑制装置，其特征在于，所述外转筒(10)的下端形成有齿轮部(12)，所述驱动装置(30)包括驱动齿轮(31)，所述驱动齿轮(31)与所述齿轮部(12)啮合，以通过驱动所述齿轮部(12)使所述外转筒(10)旋转。

13.一种海上风力发电机组，其特征在于，所述海上风力发电机组包括风机基础(1)以及如权利要求1-12中任一项所述的涡激振动抑制装置，所述涡激振动抑制装置安装在所述风机基础(1)上。

14.一种用于海上风力发电机组的涡激振动抑制方法，其特征在于，所述海上风力发电机组的风机基础(1)上设置有涡激振动抑制装置，所述涡激振动抑制装置包括围绕所述风机基础(1)可旋转的外转筒(10)和设置在所述外转筒(10)的外表面上的涡流发生器(11)，所述涡激振动抑制方法包括：

根据海水的来流确定所述外转筒(10)的目标位置；

检测所述外转筒(10)的当前位置是否与所述目标位置一致，并根据检测结果确定所述外转筒(10)的旋转操作。

15.根据权利要求14所述的涡激振动抑制方法，其特征在于，根据检测结果确定所述外转筒(10)的旋转操作的步骤包括：如果检测到所述外转筒(10)的当前位置与所述目标位置一致，则将所述外转筒(10)锁定在当前位置。

16.根据权利要求14所述的涡激振动抑制方法，其特征在于，根据检测结果确定所述外转筒(10)的旋转操作的步骤包括：如果检测到所述外转筒(10)的当前位置与所述目标位置不一致，则使所述外转筒(10)旋转至所述目标位置，在所述目标位置，所述涡流发生器(11)中的至少两列涡流发生器(11)关于所述来流的方向对称设置。

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