CN113089868A - 一种用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置，包括安装在风力发电机塔架上的沿竖直方向布置的摆杆，所述摆杆上安装有阻尼器；设置在所述摆杆第一端上的连接组件，所述连接组件包括与摆杆相连接的底板、连接在风力发电机的塔架上的第一固定件、连接在所述底板上的第二固定件，以及与第一固定件和第二固定件均相连接的串联件。其中，所述第一固定件与底板之间具有第一间隙，所述第二固定件和风力发电机的塔架之间具有第二间隙。本发明所提出的用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置能够有效降低风力发电机的塔筒的摆动并限制风力发电机的塔筒的自转。

Description

一种用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置
技术领域
本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置。
背景技术
风力发电是一种清洁能源，近年来受到广泛的关注。为了提高风力发电的发电效率，在中低风速及海上风场区域设置的高塔筒风机逐渐成为了各风机主机厂竞争的重要方向。
在风力发电中，发电设备中塔筒的高度增加能有效提高发电效率，但高度的增加同时会导致塔筒容易产生振动，甚至造成较大幅度的摆动。这种振动和摆动不利于发电机的结构稳定性。另外，机组的转速有可能会跨越塔架一阶频率。在该转速跨越塔架频率时，就会产生共振，由此会带来非常严重的安全隐患。
在现有技术中，通过在塔架的塔筒内吊设沙袋来减小塔筒的横向摆动。这种方式的成本很低，且易于实施。然而，在具体的使用过程中，沙袋容易产生自转。在这种情况下，沙袋的移动轨迹非常复杂，难以预期，这就导致该沙袋很难实现预期的削弱塔筒摆动的作用。
因此，需要一种能够有效削弱风力发电机的塔筒的摆动并防止其自转的装置。
发明内容
针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置。该阻尼装置能够有效降低风力发电机的塔筒的摆动并限制风力发电机的塔筒的自转。
根据本发明的用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置，包括安装在风力发电机塔架上的沿竖直方向布置的摆杆，所述摆杆上安装有阻尼器；设置在所述摆杆第一端上的连接组件，所述连接组件包括与摆杆相连接的底板、连接在风力发电机的塔架上的第一固定件、连接在所述底板上的第二固定件，以及与第一固定件和第二固定件均相连接的串联件。
其中，所述第一固定件与底板之间具有第一间隙，所述第二固定件和风力发电机的塔架之间具有第二间隙。
在一个优选的实施例中，在所述第一固定件和第二固定件上分别构造有第一通孔和第二通孔，在所述串联件上构造有能够伸入所述第一通孔和第二通孔而同时与第一固定件和第二固定件形成接合的连接部。
在一个优选的实施例中，所述第一固定件和第二固定件均包括上部件和下部件，所述上部件和下部件通过连接螺栓可拆卸地连接，所述上部件和下部件相接触的连接面上分别构造有能够围城所述第一通孔和第二通孔的第一凹面和第二凹面。
在一个优选的实施例中，所述上部件和下部件具有可调节的长度，使得所述第一通孔和第二通孔位于同一水平面上。
在一个优选的实施例中，所述连接组件包括分别相对设置的两个第一固定件和两个第二固定件，所述串联件设置在所述第一固定件和两个第二固定件所围成的空腔内。
在一个优选的实施例中，在所述串联件的连接部的外壁上还设置有第一弹性套。
在一个优选的实施例中，所述第一弹性套由能够拼接的上半部和下半部组成。
在一个优选的实施例中，在所述第一凹面和第二凹面上分别设置有第一凹槽，在所述串联件的连接部的外壁上设置有第二凹槽，所述上半部和下半部分别安装在所述第一凹槽和第二凹槽内所形成的空间内。
在一个优选的实施例中，所述用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置还包括套设在所述摆杆上的限位件，所述限位件与摆杆之间具有环形间隙。
在一个优选的实施例中，在所述摆杆上还设置有多个重力件。
在一个优选的实施例中，所述限位件设置在所述摆杆与所述重力件共同形成的重心处。
在一个优选的实施例中，在所述摆杆上还套设有第二弹性套，所述第二弹性套至少部分地处于所述环形间隙内。
在一个优选的实施例中，所述摆杆的第二端通过弹性件与风力发电机的套筒相连接。
附图说明
下面将参照附图对本发明进行说明。
图1示意显示了根据本发明的一个实施例的一种用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置的示意图。
图2为图1所示的用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置上的连接组件的示意图。
图3为图2所示的连接组件的第一固定件与串联件的连接示意图。
图4为图2所示的连接组件的第一弹性套的结构示意图。
图5为图2所示的连接组件的上部件的结构示意图。
图6为图2所示的连接组件的串联件的结构示意图。
图7显示了另一个实施例的第一固定件或第二固定件的示意图。
在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。
具体实施方式
下面通过附图来对本发明进行介绍。
图1显示了根据本发明的一种用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置100的一个实施方案。所述的用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置100安装在风力发电机的塔筒10内。如图1所示，所述阻尼装置100包括摆杆20，所述摆杆20在所述风力发电的塔筒10内沿竖直方向布置。在所述摆杆的第一端22(图1中的上端)上设置有连接组件30，所述摆杆20通过连接组件30固定地连接在风力发电机的塔架15上。
如图1所示，在所述摆杆20上还安装有一个或多个阻尼器25，所述阻尼器25与风力发电机的塔筒10的侧壁12相抵接，由此通过阻尼器25将摆杆20与塔筒10的侧壁12连接在一起。同时，在所述摆杆20的第二端24上还设置有弹性件28。所述弹性件28例如可以是弹簧或弹簧组，所述摆杆20的第二端24(图1中的下端)通过弹性件28与发电机的塔筒10相连接。通过这种连接方式，可以保证所述摆杆20能够正常在塔筒10内摆动。
在一个优选的实施例中，在所述摆杆20上还设置有一个或多个重力件26。通过设置所述重力件26的质量或数量，可以使工作人员根据实际的作业环境自由地调节所述摆杆26的重量，以实现所需的调谐效果。
图2为图1所示的用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置100上的连接组件30的示意图。如图2所示，所述连接组件30包括设置在连接组件30下端32上的底板35，所述底板35与摆杆20通过螺栓固定地连接。在所述底板35上分别设置有第一固定件40和第二固定件50，通过第一固定件40和第二固定件50将所述底板35以及摆杆20连接在风力发电机的塔架15上。
具体地，如图2所示，所述第一固定件40的上端42与风力发电机的塔架15通过螺栓相连接，所述第二固定件50的下端54所述底板35通过螺栓相连接。同时，所述第一固定件40和第二固定件50再通过一个串联件60连接在一起，保证第一固定件40和第二固定件50二者的相对位置固定。由此，将底板35以及摆杆20和风力发电机的塔架15连接在一起。
如图2所示，所述第一固定件40的下端44与底板35不相抵接，二者之间设置有第一间隙45。同理，所述第二固定件50的上端42与风力发电机的塔架15不相抵接，二者之间设置有第二间隙55。容易理解，由于第一间隙45和第二间隙55的存在，使得所述底板35可以在外力作用下在竖直面上进行一定角度范围内的翻转。下面对这一翻转过程进行详细的说明。
在初始状态下，所述底板35和底板35上的第二固定件50同时处于水平状态，此时第一间隙45和第二间隙55存在。当所述底板35向任意方向进行翻转时，所述底板35会随着转动的进行变为倾斜的状态，直至所述底板35与所述第一固定件40的下端相抵接，所述第一间隙45消失。同时，随着底板35变为倾斜的状态，所述底板35上的第二固定件50也随着变为倾斜状态，直至所述第二固定件50的上端52与风力发电机的塔架15相抵接，所述第二间隙45消失。而随着底板35的翻转，可以带动底板35所连接的摆杆20进行摆动。
在本发明中，本领域的设计人员可以通过设置第一间隙45和第二间隙45的宽度，控制所述底板35的翻转范围，进而控制底板35所连接的摆杆20的摆动范围。
另一方面，由于所述第一固定件40与第二固定件50分别与底板35和风力发电机的塔架15固定连接，而第一固定件40与第二固定件50之间通过串联件60相连接，因此，当所述底板35在水平面上绕自身中轴线进行自转时，必然会带动第二固定件50及串联件60在水平面上转动，进而带动第一固定件40及风力发电机的塔架15在水平面上转动。即底板35在水平面上的转动必然会带动风力发电机的塔架15转动。而由于在实际环境中，风力发电机的塔架15始终处于固定状态，因此底板35在水平方向上始终处于固定状态。而容易理解，当底板35在水平方向上无法自转时，与底板35固定连接的摆杆20便无法绕着自身进行转动。
综上所述，当摆杆20和风力发电机的塔架15通过所述连接组件30相连接时，能够实现摆杆20在外力作用下向任意方向摆动。而由于摆杆20与塔筒10之间通过阻尼装置25相连接，因此当塔筒10受到外力摆动时，能够带动摆杆20进行摆动。当摆杆20摆动时，所述阻尼装置25能够始终产生与塔筒10摆动方向相反的作用力，从而降低塔筒10的摆动。
同时，由于风力发电机的塔架15无法进行转动，因此所述连接组件30能够固定摆杆20自身，防止摆杆20绕自身的轴线进行自转。容易理解，当摆杆20与塔筒10之间通过阻尼装置25相连接时，所述摆杆20也能够限制塔筒10的转动。
图3为图2所示的连接组件30的第一固定件40与串联件60的连接示意图。如图3所示，所述第一固定件40包括构造为方形的上部件70和下部件80。所述上部件70和下部件80通过螺栓可拆卸地连接在一起。同时，所述上部件70和下部件80的接触面分别构造为具有第一凹面75和第二凹面85。所述第一凹面75和第二凹面75构造为同一直径的半圆面。由此，当上部件70和下部件80连接在一起时，所述第一凹面75和第二凹面85能共同组成第一通孔47。
所述第二固定件50与第一固定件40具有相似的结构，在所述第二固定件上形成有第二通孔(未示出)，这里不再详述。
如图3和图6所示，所述串联件60包括固定端62以及从固定端62上延伸出的连接部64。所述连接部64构造为与所述第一通孔47相适配的圆柱状，使得所述连接部64能够伸入所述第一通孔47中，从而将所述串联件60与第一固定件40相连接。而所述第一固定件40与第一固定件50具有相同的连接方式，在这里不再进行详述。
在一个优选的实施例中，所述上部件70和下部件80构造为可伸缩的部件。这样，可以根据所述底板35和风力发电机的塔架15在竖直方向上的距离来调节上部件70和下部件80的长度，从而将第一通孔47和第二通孔调节至同一水平面上，有助于串联件60分别与第一固定件40和第二固定件50的连接。
在一个优选的实施例中，在所述底板35上相间地设置有两个所述第一固定件40和第二固定件50，从而提高底板35和风力发电机的塔架15之间的连接的可靠性。同时，所述串联件60设置在由第一固定件40和第二固定件50以及底板35所围成的空腔内，这样有利于简化连接组件30的结构。
如图3所示，在所述串联件60的连接部64的外壁上还设有第一弹性套65。所述第一弹性套65例如可以是橡胶层的形式。所述第一弹性套65一方面能够起到密封第一通孔47和第二通孔的作用，另一方面，所述第一弹性套65也能够加固串联件60与第一固定件40和第二固定件50之间的连接。
图4为图2所示的连接组件30的第一弹性套65的结构示意图。如图4所示，所述弹性层65由同一弧度的上半部66和下半部68组成。所述上半部66和下半部68的外端面67的弧度与第一凹面75和第二凹面85的弧度相同，同时所述上半部66和下半部68的内端面69的弧度与所述串联件60的连接部64的弧度相同。在安装第一弹性套65时，首先将下半部68安装在第二凹面85上，然后将串联件60的连接部64放置在下半部68上，并将上半部66放置在串联件60的连接部64上，最后安装上部件70，利用上部件70将所述第一弹性套65的上半部66和下半部68压接在一起。
通过这种连接方式，可以在安装第一弹性套65时避免对第一弹性套65进行预压缩，从而一方面简化了第一弹性套65的安装过程，另一方面能够提高第一弹性套65的使用寿命。
图5为图2所示的连接组件30的下部件80的结构示意图。如图5所示，在所述第二凹面85上还设置有第一凹槽87。所述第二凹槽87与所述第一弹性套65相适配。同理，在所述上部件70的第一凹面75同样设置有与第一弹性套65相适配的第一凹槽(未示出)。
图6为图2所示的连接组件30的串联件60的结构示意图。如图6所示，在所述串联件60的连接部64的外壁上同样还设置有第二凹槽89。所述第二凹槽89同样与第一弹性套65相适配。
所述第一凹槽87和第二凹槽89能够在安装第一弹性套65时起到定位的作用。同时，所述第一凹槽87和第二凹槽89又可以限定第一弹性套65的位置，防止第一弹性套65沿着串联件60的连接部64的轴向窜动。
如图1所示，在一个优选的实施例中，所述用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置100还包括套设在所述摆杆20上的限位件90。所述限位件90构造为套设在摆杆20外周上的圆环。所述限位件90的外端92与塔筒10的侧壁12相连接，第二端94与摆杆20之间具有环形间隙95。所述限位件90同样能够对摆杆20的摆动起到辅助限位作用，即，所述摆杆20仅可在所述环形间隙95内摆动。通过调节环形间隙95的宽度，可以控制摆杆20的摆动范围。优选地，所述限位件90设置在所述摆杆20与所述重力件26共同形成的重心处，以保证所述限位件90具有更好的限位效果。
在一个优选的实施例中，在所述摆杆20上还套设有第二弹性套96。所述第二弹性套96至少部分地处于所述环形间隙95内。所述第二弹性套96能够对摆杆20和限位件90起到保护作用，避免在极端条件下摆杆20的快速摆动撞击到限位件90上，造成摆杆20和限位件90的损坏。同时，所述第二弹性套96也同样能够保护第一固定件40和第二固定件50，避免第一固定件40与底板35以及第二固定件50与风力发电机的塔架15的快速碰撞。
另一方面，所述第二弹性套96能够在摆件撞击限位件90起到缓冲蓄能的作用。当摆杆20的摆动幅度过大时，所述第二弹性套96能够在摆杆20撞击到限位件90将摆杆的冲击势能转化为弹性势能，达到缓冲的效果。
图7显示了另一个实施例的第一固定件40或第二固定件50。如图7所示，所述第一固定件40与第二固定件50采用一体成型，在所述第一固定件40与第二固定件50之中设置有第一通孔47，所述第一通孔47用语与串联件60的连接部64相连接。
以下简述根据本发明的用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置100的使用过程。
本发明的用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置100例如可以安装在风力发电机的塔筒10内。当风力发电机发生震动时，在所述连接组件30的作用下，所述摆杆20能够随着风力发电机的塔筒10的震动一同摆动，直至所述第一固定件40的下端44与底板35相抵接，二者之间的第一间隙45消失，或者所述第二固定件50的上端52与风力发电机的塔架15相抵接，二者之间的第二间隙55消失。同时，所述限位件90和第二弹性套96也能够对摆杆20的摆动起到限位和缓冲作用。
随着摆杆20的摆动，安装在摆杆20上并与风力发电机的塔筒10的侧壁12相抵接的阻尼器25能够起到阻尼效果，从而降低风力发电机的塔筒10的震动。
而在所述摆杆20摆动的过程中，所述连接组件30同样能够限制所述摆杆20的自转，进而阻止风力发电机的塔筒10的自转。
最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置(100)，其特征在于，包括：
安装在风力发电机的塔架(15)上的沿竖直方向布置的摆杆(20)，所述摆杆上安装有与风力发电机的塔筒(10)相连接的阻尼器(25)；
设置在所述摆杆的第一端(22)处的连接组件(30)，所述连接组件包括与摆杆相连接的底板(35)、连接在风力发电机的塔架上的第一固定件(40)、连接在所述底板上的第二固定件(50)，以及与第一固定件和第二固定件均相连接的串联件(60)，
其中，所述第一固定件与底板之间具有第一间隙(45)，所述第二固定件和风力发电机的塔架之间具有第二间隙(55)。
2.根据权利要求1所述的用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置，其特征在于，在所述第一固定件和第二固定件上分别构造有第一通孔(47)和第二通孔，
在所述串联件上构造有能够分别伸入所述第一通孔和第二通孔中而同时与第一固定件和第二固定件形成接合的连接部(64)。
3.根据权利要求2所述的用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置，其特征在于，所述第一固定件和第二固定件均包括上部件(70)和下部件(80)，所述上部件和下部件通过连接螺栓可拆卸地连接，
其中，所述上部件和下部件相接触的连接面上分别构造有能够共同围成所述第一通孔或第二通孔的第一凹面(75)和第二凹面(85)。
4.根据权利要求3所述的用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置，其特征在于，所述上部件和下部件具有可调节的长度，使得所述第一通孔和第二通孔位于同一水平面上。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置，其特征在于，所述连接组件包括分别相对设置的两个第一固定件和两个第二固定件，所述串联件设置在所述第一固定件和两个第二固定件所围成的空腔内。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置，其特征在于，在所述串联件的连接部的外壁上还设置有第一弹性套(65)。
7.根据权利要求6所述的用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置，所述第一弹性套由能够拼接的上半部(66)和下半部(68)组成。
8.根据权利要求7所述的用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置，其特征在于，在所述第一凹面和第二凹面上分别设置有第一凹槽(87)，在所述串联件的连接部的外壁上设置有第二凹槽(89)，所述第一弹性套的上半部和下半部安装在所述第一凹槽和第二凹槽所形成的空间内。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置，其特征在于，还包括套设在所述摆杆上的限位件(90)，所述限位件与摆杆之间具有环形间隙(95)。
10.根据权利要求9所述的用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置，其特征在于，在所述摆杆上还设置有多个重力件(26)。
11.根据权利要求10所述的用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置，其特征在于，所述限位件设置在所述摆杆与所述重力件共同形成的重心处。
12.根据权利要求11所述的用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置，其特征在于，在所述摆杆上还套设有第二弹性套(96)，所述第二弹性套至少部分地处于所述环形间隙内。
13.根据权利要求1-4中任一项所述的用于风力发电机的悬吊式调谐质量阻尼装置，其特征在于，所述摆杆的第二端(24)通过弹性件(28)与风力发电机的塔筒相连接。
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