CN112576673A

CN112576673A - 调频阻尼器、风力发电机组及调频阻尼器的调频方法

Info

Publication number: CN112576673A
Application number: CN201910923684.5A
Authority: CN
Inventors: 邢赢; 徐志良; 高杨
Original assignee: Beijing Goldwind Science and Creation Windpower Equipment Co Ltd
Current assignee: Beijing Goldwind Science and Creation Windpower Equipment Co Ltd
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2021-03-30
Anticipated expiration: 2039-09-27
Also published as: CN112576673B

Abstract

本发明的提供一种调频阻尼器、风力发电机组及调频阻尼器的调频方法，调频阻尼器包括：液体容器，用于容纳液体，液体包含正负离子；悬臂，悬臂的第一端用于连接到外部吊点；质量体，质量体与悬臂的第二端固定连接并能够悬吊在液体容器中的液体中并在液体中摆动；液体密度调节装置，液体密度调节装置通过调节液体所处的电场，使得液体的在质量体的运动区域中的离子浓度改变，以对液体的密度进行调节。根据本发明的调频阻尼器、风力发电机组及调频阻尼器的调频方法可改善阻尼器的臂长所引起的阻尼器适用频率的限制，可根据诸如风力发电机组的减振建筑的固有频率的变化调节阻尼器的频率，实现最佳的阻尼效果。

Description

调频阻尼器、风力发电机组及调频阻尼器的调频方法

技术领域

本发明涉及一种调频阻尼器、风力发电机组及调频阻尼器的调频方法。

背景技术

摆式阻尼器是一种已在各种建筑中被应用广泛的阻尼器，例如，在风力发电机组中，可利用摆式阻尼器来对机组进行减振加阻。

一般来说，在摆式阻尼器中，将单摆的频率设计在需减振建筑的固有频率的0.95倍至1.05倍之间可以起到相对理想的减振效果。

在小角度摆幅情况下，摆式阻尼器的单摆的频率公式为

其中，g为重力加速度，l为摆臂长度。从该公式中可以看出，只有摆臂长度为可调量，因此，调节单摆的频率与减振建筑的固有频率一致的主要手段为调节摆臂长度。

以风力发电机组的塔架为例，对于一阶频率为0.95rad/s的柔性塔架，计算的摆臂长度为11m，在这种情况下，摆臂长度过长，这意味设计需要采用更多、强度更大的结构或结构件来实现摆臂，不可避免地带来成本的增加，并且在制造工艺、运输安装等方面的难度也大大提升。另外，摆臂长度的增加导致质量块高度降低远离最佳安装位置(塔顶)，使得整个阻尼器效率降低。

对于一阶频率为1.9rad/s的海上刚性塔架，计算的摆臂长度为2.76m，在这种情况下，尽管在摆臂长度方面可能是可行的，但是由于海上应用的阻尼器主要通过加阻来降低机组疲劳，而海上风力发电机机组的基础较软，在生命周期中因为海水冲刷等，固有频率会不断发生变化，因此在安装好阻尼器后会存在适应固有频率的变化来进行调频的需求，而目前阻尼器的调频措施主要有两种，一种是调节摆臂长度，另一种是通过弹簧增加回复力。然而，这两种调频方案都会增添工艺和结构上的成本与实现难度。

发明内容

为了解决上述摆臂长度限制以及阻尼器的调频问题，本发明提供一种调频阻尼器、风力发电机组及调频阻尼器的调频方法。

本发明的一方面提供一种调频阻尼器，调频阻尼器包括：液体容器，用于容纳液体，液体包含正负离子；悬臂，悬臂的第一端用于连接到外部吊点；质量体，质量体与悬臂的第二端固定连接，质量体能够悬吊在液体容器中的液体中并在液体中摆动；液体密度调节装置，液体密度调节装置通过调节液体所处的电场，使得液体在质量体的运动区域中的离子浓度改变，以对液体的密度进行调节。

优选地，液体密度调节装置可包括分别设置于液体容器的相对的两侧并且与液体容器内的液体绝缘的两个电极，调节施加到两个电极的电压，使液体的密度改变。

优选地，液体可为水盐溶液。

优选地，调频阻尼器的角频率ω可为：

其中，g为重力加速度，l为悬臂的有效长度，γ为液体容器中的液体的密度与质量体的表观密度的比。

优选地，悬臂可为多个，多个悬臂中的至少一部分悬臂之间间隔一定距离设置，悬臂的第二端形成有连接盘，并通过连接盘与质量体连接。

本发明的另一方面提供一种风力发电机组，风力发电机组包括如上所述的调频阻尼器。

本发明的另一方面提供一种使用如上所述的调频阻尼器的调频方法，调频方法包括：确定安装调频阻尼器的建筑的固有频率，比较固有频率与调频阻尼器的频率；根据比较结果，通过液体密度调节装置调节液体的在质量体的运动区域中的密度，以调节调频阻尼器的频率与建筑的固有频率匹配。

优选地，液体密度调节装置可包括分别设置于液体容器的相对的两侧并且与液体容器内的液体绝缘的两个电极，通过液体密度调节装置调节液体的在质量体的运动区域中的密度的步骤包括：通过调节施加到两个电极的电压，改变液体的离子浓度分布。

根据本发明的调频阻尼器可改善传统摆式阻尼器中摆臂长度所引起的阻尼器适用频率的限制。

此外，根据本发明的调频阻尼器可根据诸如风力发电机组的减振建筑的固有频率的变化调节阻尼器的频率，以实现最佳的阻尼效果。

此外，根据本发明的调频阻尼器可通过调节液体的密度实现阻尼器的精确调频。

此外，根据本发明的调频阻尼器可改变质量体的重量或体积，从而实现阻尼器的调频，结构简单，成本较低，且便于操作。

此外，根据本发明的包括上述调频阻尼器的风力发电机组以及调频阻尼器的调频方法可具有与上述调频阻尼器相同的有益效果。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的调频阻尼器的立体图。

图2是根据本发明的实施例的调频阻尼器的液体密度调节装置的示意图。

图3是根据本发明的另一实施例的调频阻尼器的液体密度调节装置的示意图。

图4是硝酸钾的温度-溶解度曲线图。

图5是根据本发明的实施例的调频阻尼器的质量体的示意图。

图6是根据本发明的实施例的调频阻尼器的孔隙构件的示意图。

图7是根据本发明的实施例的调频阻尼器的质量体的顶部示意图。

图8是根据本发明的实施例的调频阻尼器的质量体的底部示意图。

10：液体容器，20：悬臂，30：质量体，31：壳体，311：气体开口，312：液体开口，32：管路，33：孔隙构件，40：液体密度调节装置，41、42：电极。

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。在附图中，相同的标号始终表示相同的组件。附图可不按照比例绘制，为了清楚、说明及便利起见，可夸大附图中的元件的相对尺寸、比例和描绘。此外，为了清楚地示出部件之间的关系或内部构造等，在部分示图中，省略示出了部分构件，此外，在部分示图中，将部分构件(例如，图1中的液体容器10、图5中的壳体31)示出为透明的。

下面将参照图1至图8描述根据本发明的实施例的调频阻尼器。

如图1所示，根据本发明的调频阻尼器包括液体容器10、悬臂20和质量体30。

液体容器10中可以容纳液体，如图1所示，液体容器10大体上可呈圆柱状，但不限于此，其可具有任意形状，只要能够盛放液体并容纳下面将要描述的质量体30即可。

悬臂20的第一端可用于连接到外部吊点，质量体30与悬臂20的第二端固定连接并能够悬吊在液体容器10中的液体中。

具体来说，悬臂20的第一端(例如，上端)能够悬挂于外部吊点，质量体30可固定到悬臂20的第二端(例如，下端)，质量体30和悬臂20能够以悬臂20的第一端为悬点摆动。

例如，悬臂20的上端可直接悬挂在需减振的建筑上，也可悬挂到单独设置的支撑架上，只要能确保悬臂20上端可作为质量体摆动的悬点即可。

悬臂20的下端可与质量体30一起浸没在液体容器10的液体中，使得质量体30能够悬吊在液体中，优选地，质量体30可整体浸没在液体中，但不限于此，质量体30也可部分地浸没在液体中。

质量体30的形状没有特别限制，优选地，可采用诸如大体上圆柱形(如图1所示)、球形、立方体等的紧凑型形状，以防止质量体30在摆动时碰到其他装置，并且减少可能由形状带来的对阻尼器效果的影响。

在如上所述的构造中，质量体30在液体容器10的液体中受到在相反的方向上的浮力和重力的作用，由此可得到质量体30在摆动过程中的回复力表达式：

(mg-f)sin(θ)＝ma (1)

这里，m为质量体30的质量，g为重力加速度，f为质量体30受到的浮力，a为质量体30的加速度，θ为悬臂与竖直方向的夹角。

在小角度摆动情况下，sin(θ)≈θ，由此可由上式(1)推得下面的表达式(2)。

(ρ_mVg-ρ_wVg)θ＝ρ_mVa (2)

这里，V为质量体30的体积，ρ_m为质量体30的表观密度，ρ_w为液体密度。

此外，在小角度摆动情况下，sin(θ)≈θ≈x/l，这里，l为悬臂20的有效臂长，即，从悬点到质量体30的质心的距离，x为质量体30的质心偏离中间位置的水平距离。此外，加速度a可写作距离x对时间的二阶导数

进而得到控制方程(3)：

由此，可解出上述方程的特征值，即，具有上述构造的阻尼器的角频率表达式：

这里，γ可定义为液体密度与质量体的表观密度的比。

从上述角频率表达式中可见，在具有上述构造的阻尼器中，阻尼器的频率不仅与悬臂的长度有关，还与密度比γ有关，如此，改进了阻尼器的频率表达式，增加了可调节量。与传统的单一变量的摆式阻尼器相比，根据本发明的调频阻尼器可通过调节密度比γ和有效臂长l二者来满足对阻尼器的频率要求，克服了现有的摆式阻尼器由于臂长限制而导致在一些建筑中无法应用的问题。

例如，以前面提到的需要摆臂长度为11m的摆式阻尼器的情况为例，在液体为水、质量体为钢的情况下，假设固有频率不变，根据本发明的阻尼器的悬臂的有效长度可为9.5m，相比于传统摆式阻尼器的摆臂长度减小到原来长度的0.87倍。在液体为水、质量体为铝的情况下，假设固有频率不变，根据本发明的阻尼器的悬臂的有效长度仅为6.9m，相比于传统摆式阻尼器的摆臂长度减小到原来长度的0.63倍，基本被调制到适于阻尼器设计的臂长范围。

在此基础上，为了进一步提高阻尼器的环境适应性，根据本发明的调频阻尼器的比值γ是可调节的。

作为调节密度比γ的一种示例，可通过调节液体的密度来实现。

如图2所示，根据本发明的示例的调频阻尼器除了包括液体容器10、悬臂20和质量体30外，还可包括液体密度调节装置40，用于对液体容器10中的液体的密度进行调节。这里，为了便于说明，图2中各部件简化示出。

作为调节液体密度的一个示例，如图2所示，液体密度调节装置40可为电场调节装置，通过调节液体容器中的液体所处的电场，使得液体的在质量体30的运动区域中的离子浓度改变，以对液体的密度进行调节。

在此情况下，液体容器10中的液体可包含正负离子。例如，液体可为水盐溶液。一般来说，水盐溶液通过不断向其中添加溶质来增加质量，而溶解过程中水的体积基本不变。因此，溶解过程可以不断增大盐溶液的密度。溶质没有特别限制，例如，可使用诸如NaCl的正盐，也可以为酸式盐或碱式盐。

盐(电解质)在溶液中的形态一般为离子，阴离子带负电、阳离子带正电。因为溶液整体和局部的电平衡，溶液的密度是均匀的。而如果在溶液外部施加一个电场，在电场作用下，阴离子向阳极移动、阳离子向阴极移动。此时，溶液整体呈现出非电中性，溶液的电场用以平衡外部电场。两极处离子汇集密度较高，中部离子少密度低，使得质量体30的运动区域中的液体离子浓度改变，以实现通过电场调节液体的密度，从而调节阻尼器的频率。

具体来说，液体密度调节装置40可包括分别设置于液体容器10的相对的两侧并且与液体容器内的液体绝缘的两个电极41和42。

可通过外部电源对两个电极41和42施加电压(例如，直流电压)，以在两个电极之间形成电场E。在此示例中，液体可包含正负离子，例如，离子液体或离子溶液。

如此，电极通电后，液体中的正负离子因为电场作用会朝着不同的方向运动，负离子运动到正电极(图2中的电极41)附近，正离子运动到负电极(图2中的电极42)附近。此时，液体的在质量体30周围的区域(例如，液体容器10的中央区域)的液体离子浓度改变而使液体密度变化。在确保质量体30在密度改变的区域中运动的情况下，可通过调节施加到电极上的电压来调节液体的密度，从而实现阻尼器调频。一般来说，质量体30的摆幅不大，质量体30会在一定范围内运动，只要确保在质量体30的运动区域内的液体密度改变，即可调节阻尼器的频率。

已知电场强度的公式为E＝U/d，其中，d为两个电极41和42之间的距离，U为电压。

假设溶液中的电荷量为Q，则电荷量表达式为：

其中，m_溶质为液体中溶质的质量，n为溶质的分子量，N_A为阿伏伽德罗常数，e为元电荷。

这里，液体中溶质的质量m_溶质可为：

m_溶质＝V_w×ρ_w×C％

其中，V_w为液体的总体积，ρ_w为液体的密度，C％为溶质的质量百分比浓度。

由此，当已知液体的总体积、液体的密度以及溶质的质量百分比浓度时，可计算溶液中的电荷量Q。

此外，可计算得到使溶液中的这些离子向两个电极移动的驱动力(电场力)F为：

F＝E×Q＝(U/d)×Q

也就是说，当电压改变时，使溶液中的离子向两个电极移动的驱动力F改变，而不同的驱动力F，使得质量体的运动区域内的液体离子浓度不同，即，液体密度不同，从而实现阻尼器的频率调节。因此，根据本实施例的调频阻尼器可通过监测诸如风力发电机组的建筑的频率来控制电场调节装置(例如，施加到两个电极的电压)来控制电场强度，从而达到阻尼器精确调频的效果。

电极可呈板状并且具有与液体容器10的侧壁相应的形状，例如，为平坦的电极板或弯曲的电极板。电极可设置在液体容器10的外壁上。此外，电极可具有使液体全部位于两个电极之间的电场内的面积。

此外，调节液体所处电场的液体密度调节装置40的形式不限于上面描述的通过两个电极来实现，也可使用任何其他可调节电场的装置或原理，例如，通过变化的磁场产生电场，并通过调节磁场来调节电场强度。

在根据上述实施例的调频阻尼器中，可通过手动或自动控制电极的电压。在自动控制的情况下，可将电压控制(例如，控制器)与传感器(其可以是风力发电机组自身的感测机构，或者可为单独的外部感测装置)设计成一个闭环，通过传感器测试的振动加速度信号分析风力发电机组的频率与幅值，再通过升降电压来控制阻尼器频率，最终优化(降低)风力发电机组的振动幅值。

在上面的示例中，液体密度调节装置40通过调节液体所处的电场来影响整个液体的密度分布，从而调节阻尼器的频率。作为另一示例，如图3所示，液体密度调节装置40也可为温度调节装置，在此情况下，液体可为包含溶解度随温度变化的溶质的溶液，可通过温度调节装置调节液体的温度，使得液体中的溶质结晶析出或使固态溶质溶解在液体中，从而调节液体的密度。

溶质例如可为硝酸钾，如图4所示，硝酸钾的溶解度随着温度上升而急剧上升。根据溶解度估算其密度，在0摄氏度时，硝酸钾溶液密度为1.1g/cm³,而在85摄氏度时，硝酸钾溶液密度为3g/cm³。由此可见，在温度从0摄氏度变为85摄氏度时，液体的整体密度发生约三倍的变化，因此，可使调频阻尼器覆盖非常宽的频率范围。

温度调节装置例如可为铺设在液体容器10的底部的加热板，通过外部通断电使其发热或冷却，从而调节液体密度。当加热板加热时，硝酸钾结晶溶解，溶液密度增加，频率下降。当加热板停止加热，硝酸钾溶液冷却，析出结晶，溶液密度下降，频率上升。这里，加热板一般是在环境温度以上的范围调节液体的温度，也可以采用既能制冷也能加热的装置，以在更大的温度范围内进行调节。

此外，根据本实施例的调频阻尼器可通过监测诸如风力发电机组的建筑的频率来控制温度调节装置(例如，加热板的功率)来控制温度，从而达到阻尼器精确调频的效果。

此外，上述溶质不限于硝酸钾，随温度变化溶解度变化剧烈的任意物质都可以用来作为溶质。

上面描述了通过调节液体的密度来调节密度比γ，此外，作为调节密度比γ的另一种示例，也可通过调节质量体30的表观密度来实现。

如图5至图8所示，在调节质量体30的表观密度一个实施例中，质量体30可具有中空腔，该中空腔中能够容纳填充介质，并且中空腔具有开口，能够通过开口使填充介质的量增加或减少，从而调节质量体30的表观密度。

填充介质的具体材料及其添加、移除的方式没有具体限定，例如，填充介质可以是诸如液体、沙子等，相应地，可通过动力装置向质量体30的中空腔内输送液体或沙子等，或者从腔中抽取液体或沙子。

以填充介质为液体的情况为例，质量体30的形成中空腔的壳体31可包括气体开口311和液体开口312，并且壳体31的除了气体开口311和液体开口312以外的部分是密封的。中空腔可通过液体开口312与外部和/或液体容器10液体连通，以将质量体30中的液体向外排出或在质量体30中充入更多的液体。

优选地，如图5、图7和图8所示，可将液体容器10中的液体作为填充介质，如此，气体开口311可形成在壳体31的顶部，液体开口312可形成在壳体31的底部，可通过气体开口311对中空腔充气或抽气，中空腔可通过液体开口312与液体容器10流体连通，从而将质量体30中液体排出到液体容器10中，或将液体容器10中的液体充入到质量体30中。中空腔可通过气体开口311改变中空腔内的气压。这里，气体开口311和液体开口312的位置和数量没有具体限制，可根据实际需要设置。

管路32可从外部连接到气体开口311，从而外部气泵可通过管路32进行充气或抽气。管路32可包括在本发明的阻尼器中，也可为单独配置的构件。

如此，可通过气体开口311向质量体30的中空腔内充气，通过气压的作用将腔内的作为填充介质的液体经由液体开口312排出，以减小质量体30的总质量，从而减小质量体30的表观密度，因此，在有效臂长不变的情况下，可减小阻尼器的频率。

反之，可通过气体开口311从质量体30的中空腔中抽出气体，则压力释放，液体经由液体开口312进入质量体30的腔中，以增大质量体30的总质量和表观密度，因此，在有效臂长不变的情况下，可增大阻尼器的频率。

利用上述构造，质量体30可具有中空腔，一方面，该腔可通过气体开口311与气泵等装置连通，从而调节腔内气压，另一方面，该腔可通过液体开口312与液体容器10中的液体连通，从而可将液体作为填充介质调节质量体30的重量。如此，可调节阻尼器的频率，从而，在外部环境等因素导致减振建筑的固有频率改变时(例如，海上风力发电机组的情况)，可根据固有频率的变化调节阻尼器的频率，从而达到最佳的减振效果。

上面描述了中空腔分别通过气体开口和液体开口与外部气体连通和液体连通，此外，也可通过同一开口既与外部气体连通又与外部液体连通。例如，开口可为位于液体容器10的顶部的气液开口(例如，一个或更多个气液开口)，中空腔通过气液开口中的每个气液开口与外部液体连通以及与外部气体连通，使得外部液体通过开口进入中空腔或通过气液开口将中空腔内的液体抽出到外部。例如，质量体30可包括通过气液开口伸入到中空腔中的液体管路，通过该液体管路将外部液体注入到中空腔内或利用抽水泵等将液体从中空腔抽出到外部，在注入外部液体或抽出液体时，外部气体或中空腔内的气体可从该气液开口进入或排出，以保持腔内外的气压平衡。如此，液体管路的外径可小于该气液开口的口径，从而留出气体进出的空隙。

此外，优选地，质量体30还可包括设置在壳体31的中空腔中的孔隙构件33。孔隙构件33可以是内部形成有与外部连通的空隙的固体部件，用于填充壳体31的腔，并且允许壳体31中容纳的液体进入孔隙构件33的孔隙中。此外，悬臂20的第二端可位于中空腔内，并且固定到孔隙构件33。

例如，如图5和图6所示，孔隙构件33可为固定在质量体30的中空腔内的多个空心管。空心管的两端敞开和/或空心管的侧壁上形成有多个孔，使得液体能够进入到空心管内或从空心管内流出，多个空心管可被捆扎成圆柱体。此外，空心管可具有圆形横截面，如此，管内部以及管与管之间均可形成容纳液体的空间。

孔隙构件33可固定在中空腔的某位置处，从而与壳体31固定在一起。优选地，在孔隙构件33为空心管束的情况下，如图5所示，悬臂20的下端可穿过壳体31的顶部伸入到壳体31的腔内，被捆扎成圆柱体的空心管束的上端可与悬臂20的下端固定连接，从而在摆动过程中可以较好地保持稳定。例如，如图5所示，悬臂20的下端可具有在径向上突出的连接盘21，可通过紧固件等将孔隙构件33的上端固定连接到连接盘21，或者在未设置孔隙构件33的情况下，悬臂20也可通过连接盘21与质量体30连接。悬臂20的其他构造将在下文中详细描述。

在质量体30的腔内设置孔隙构件33，一方面，可便于增加质量体30的重量，这样，与同等重量和体积的完全中空的质量体30相比，孔隙构件33可作为提供重力的构件，使得壳体31的壁可以形成得较薄，这有利于降低制造具有中空腔的壳体31的工艺难度。另一方面，孔隙构件33可设置在质量体30的中央位置，从而可在提供容纳液体的中空结构的同时，使质量体自身的重量分布更均匀化，提高质量体整体的结构强度。

孔隙构件33的构造不限于上述空心管束，其可具有任意的形式，例如，其也可以形成为诸如多孔陶瓷材料的整块的多孔体等，也可以是多个相互固定在一起并彼此保持间隙的质量块等。在另一示例中，孔隙构件33也可以是固定在壳体31中的彼此套设且具有不同直径的多个套筒，套筒的两端开放，套筒壁之间具有环形空隙，用于容纳液体。

在根据本发明的调频阻尼器的所有实施例(包括图1至图8所示的实施例)中，可设置一个或更多个悬臂20。一个或更多个悬臂20的下端部可固定到质量体30的顶部。此外，如上面提到的，在质量体30内设置有孔隙构件33的情况下，悬臂20的下端可伸入到中空腔内，用于固定孔隙构件33。

另外优选地，在悬臂20形成为多个的情况下，多个悬臂20(或其中一部分悬臂)之间可间隔一定距离设置。如图7所示，多个悬臂20中的一部分悬臂可集中地固定在质量体30的顶部的中心位置，以承受质量体30的主要重量，而多个悬臂20中的另一部分可以距中心位置预定距离设置，例如，可沿着以中心位置为圆心、以预定距离为半径的圆的圆周等距布置。如此分开设置的悬臂20，一方面，可在多个分开的位置悬吊质量体30，减小应力的集中作用；另一方面，可防止质量体30在摆动时发生扭转，使质量体30平稳地摆动。

悬臂20可采用可悬吊质量体30的任何材质形成，例如，其可为刚性材料，可为实心的杆，也可使用与孔隙构件33的空心管相同的管件。此外，悬臂20也可为诸如钢索、钢缆的非刚性结构。

应用根据本实施例的调频阻尼器，在液体为水、质量体30为空心钢体(质量体的空隙率为65％)的情况下，假设固有频率不变，与需要摆臂长度为11m的传统摆式阻尼器相比，悬臂20的有效长度可为6.9m，基本被调制到适于阻尼器设计的臂长范围，并且，在此情况下的调频阻尼器与上文中提到的液体为水、实心质量体为铝的阻尼器完全等效。如果向上述空心钢体注入液体水，当注满水时，其受力的情况又与上文中提到的液体为水、实心质量体为钢的阻尼器相同，即，悬臂的有效长度可为9.5m。

如果控制上述空心钢体的注水量，其完全可以等效摆臂从9.5m至6.9m任意的摆式阻尼器的作用，也就是说，根据本发明的调频阻尼器，可通过简单的构造实现阻尼器在一定频率范围内调频，适用范围更广，对应用环境的适应性更强。

在上面的实施例中，在质量体30的体积不变的情况下，以调节质量体30的重量的方式来调节其表观密度，作为另一种选择，也可在质量体30的重量不变的情况下，通过调节质量体30的体积来调节质量体30的表观密度。

作为示例，质量体可包括内部质量体和弹性外壳。内部质量体可具有一定重量，其可为实心的(例如，实心球等)，也可为空心的(例如，其中注有液体等)，内部质量体也可为其他填充介质，例如，预填充在弹性外壳中的液体。弹性外壳可将内部质量体包覆在其中，并且可发生弹性形变。弹性外壳上可形成有气孔，当需要增大阻尼器的频率时，可通过气孔将气体充入到弹性外壳与内部质量体之间，使外壳膨胀，从而增大质量体30的体积，以使质量体30的表观密度减小；当需要减小阻尼器的频率时，可通过气孔将气体从弹性外壳与内部质量体之间抽出，使外壳收缩，减小质量体的体积，以使质量体30的表观密度增大。在此示例中，弹性外壳可利用诸如橡胶的弹性材料形成。

此外，在上述示例中，质量体30也可仅具有弹性外壳，而不设置内部质量体，例如，当弹性外壳可提供足够的重量使质量体30浸在液体中时，则可省略用于为整个质量体30提供重量的内部质量体。

该实施例与图5至图8的实施例也可组合实施，例如，图5至图8所示的质量体30还可包括包覆在外层的弹性壳体，以在弹性壳体与内部结构(壳体31)之间充气或放气，从而选择性地调节质量体30的体积和/或质量。

在上面描述的所有实施例中，可手动调节质量体30的密度(例如，填充介质的填充量)以及液体的密度(例如，温度调节装置的加热功率或电场调节装置的电压)，也可通过自动调节来实现调频。例如，调频阻尼器还可包括控制器，以根据外部输入信号来调节阻尼器的频率。例如，可通过单独的外部感测装置或风力发电机组中的感测机构来感测风力发电机组的塔架的固有频率，并将表示该固有频率的信号输入到调频阻尼器的控制器中，控制器根据输入信号确定阻尼器当前的频率是否与当前的固有频率相适应，如不适应，则发出相应的调频信号，控制动力装置调节质量体30的密度和/或控制液体密度调节装置40调节液体的密度，例如，可控制气泵对质量体30进行充气/放气、控制温度调节装置的温度、电场调节装置的电场等。

根据本发明的实施例，还可提供一种风力发电机组，该风力发电机组可包括如上所述的调频阻尼器。例如，调频阻尼器可设置在风力发电机组的塔架中。

下面将详细描述根据本发明的调频阻尼器的调频方法。

如上所述，应用本发明的调频方法的调频阻尼器可包括液体容器10、悬臂20、质量体30和液体密度调节装置40，液体容器10用于容纳液体，液体可包含正负离子，悬臂20的第一端用于连接到外部吊点，质量体30与悬臂20的第二端固定连接并能够悬吊在液体容器10中的液体中，液体密度调节装置40通过调节液体所处的电场，使得液体的在质量体30的运动区域中的离子浓度改变，以对液体的密度进行调节，对该阻尼器的调频方法可包括：确定安装调频阻尼器的建筑的固有频率，比较固有频率与调频阻尼器的频率；根据比较结果，通过调节质量体30与液体的密度之比来调节阻尼器的频率，例如，通过液体密度调节装置40调节液体的密度，以使调频阻尼器的频率与建筑的固有频率匹配。这里，调频阻尼器的频率可根据初始参数以及使用中对液体的密度和/或质量体30的表观密度的调节量来确定。例如，可预先获得阻尼器初始的液体密度以及质量体30的表观密度，并在每次调频时记录阻尼器当前的频率。

作为示例，通过液体密度调节装置40对液体施加电场使得液体的离子浓度分布改变。具体来说，液体密度调节装置40可包括分别设置于液体容器10的相对的两侧并且与液体容器10内的液体绝缘的两个电极41、42，通过液体密度调节装置40调节液体的密度的步骤可包括：通过调节施加到两个电极41、42的电压，改变液体的离子浓度分布，以使液体的密度改变。

作为另一示例，也可通过调节液体的温度使得溶质结晶析出或使固态溶质溶解在液体中，从而调节液体密度。例如，在液体密度调节装置40包括用于调节液体容器10中的液体温度的温度调节装置的情况下，在液体包含溶解度随温度变化的溶质时，通过温度调节装置调节液体的温度，使得液体中的溶质结晶析出或使固态溶质溶解在液体中，从而调节液体的密度。

除了通过调节液体容器10中的液体的密度来调节阻尼器的频率外，还可通过手动控制或自动控制调节质量体30的密度来调节阻尼器的频率。

具体来说，例如，可通过单独的外部感测装置或建筑(例如，风力发电机组)中的感测机构来确定建筑的固有频率，然后可通过手动控制或自动控制(例如，通过上文中描述的控制器)来调节质量体30的密度，以调节密度比γ，从而调节阻尼器的频率。

质量体30可具有中空腔，在此情况下，可通过向中空腔添加填充介质或从中空腔中移除填充介质，调节质量体30的重量，从而调节阻尼器的频率。

此外，优选地，中空腔可与液体容器10流体连通，通过对中空腔充气或抽气，使得液体容器10中的液体从中空腔排出或进入中空腔。也就是说，此时，液体容器10中的液体可作为填充介质来调节质量体30的重量。

作为另一示例，质量体30可包括内部质量体和包覆内部质量体的弹性外壳，弹性外壳上可形成有气孔，可通过气孔将气体充入到弹性外壳与内部质量体之间使弹性外壳膨胀，或通过气孔排出弹性外壳与内部质量体之间的气体使弹性外壳收缩。如此，可调节质量体30的体积，从而调节阻尼器的频率。在此示例中，当弹性外壳重量足够时，也可省略内部质量体。

以上描述了根据本发明的调频阻尼器及调频方法的各种实施例，然而，在此提供的实施例被认为能够通过彼此整体组合或者彼此部分组合来实现。例如，除非其中提供相反或对立的描述，否则在针对某一实施例进行描述的构件即使其未在另一示例性实施例中描述或提及，也可被理解为可应用于另一实施例。

此外，根据本发明的调频阻尼器可根据减振建筑的固有频率的变化调节阻尼器的频率，以实现最佳的阻尼效果。

此外，根据本发明的包括上述调频阻尼器的风力发电机组以及调频阻尼器的调频方法可具有与上述调频阻尼器相同的有益效果，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

1.一种调频阻尼器，其特征在于，所述调频阻尼器包括：

液体容器(10)，用于容纳液体，所述液体包含正负离子；

悬臂(20)，所述悬臂(20)的第一端用于连接到外部吊点；

质量体(30)，所述质量体(30)与所述悬臂(20)的第二端固定连接，所述质量体(30)能够悬吊在所述液体容器(10)中的液体中并在所述液体中摆动，

液体密度调节装置(40)，所述液体密度调节装置(40)通过调节所述液体所处的电场，使得所述液体在所述质量体(30)的运动区域中的离子浓度改变，以对所述液体的密度进行调节。

2.根据权利要求1所述的调频阻尼器，其特征在于，所述液体密度调节装置(40)包括分别设置于所述液体容器(10)的相对的两侧并且与所述液体容器(10)内的液体绝缘的两个电极(41、42)，调节施加到所述两个电极(41、42)的电压，使所述液体的密度改变。

3.根据权利要求1所述的调频阻尼器，其特征在于，所述液体为水盐溶液。

4.根据权利要求1所述的调频阻尼器，其特征在于，所述调频阻尼器的角频率ω为：

其中，g为重力加速度，l为所述悬臂(20)的有效长度，γ为所述液体容器(10)中的液体的密度与所述质量体(30)的表观密度的比。

5.根据权利要求4所述的调频阻尼器，其特征在于，所述悬臂(20)为多个，多个所述悬臂(20)中的至少一部分悬臂(20)之间间隔一定距离设置，所述悬臂(20)的第二端形成有连接盘(21)，并通过所述连接盘(21)与所述质量体(30)连接。

6.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括如权利要求1-5中任一项所述的调频阻尼器。

7.一种使用根据权利要求1所述的调频阻尼器的调频方法，其特征在于，所述调频方法包括：

确定安装所述调频阻尼器的建筑的固有频率，比较固有频率与所述调频阻尼器的频率；

根据比较结果，通过所述液体密度调节装置(40)调节所述液体的在所述质量体(30)的运动区域中的密度，以调节所述调频阻尼器的频率与所述建筑的固有频率匹配。

8.根据权利要求7所述的调频方法，其特征在于，所述液体密度调节装置(40)包括分别设置于所述液体容器(10)的相对的两侧并且与所述液体容器(10)内的液体绝缘的两个电极(41、42)，通过所述液体密度调节装置(40)调节所述液体的在所述质量体(30)的运动区域中的密度的步骤包括：通过调节施加到所述两个电极(41、42)的电压，改变所述液体的离子浓度分布。