CN113357094B - 风力发电机组塔筒的内置式阻尼器及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机组塔筒的内置式阻尼器，包括阻尼组件，阻尼组件内包括：箱体，俯视形状为圆环形，横截面形状为开口向上的U形；水囊，为环形的密封体，薄、软材质制成，充盈状态下水囊紧贴箱体的内侧壁；水囊内填充有调谐液体和空气；固定座，将箱体固定在塔筒的内部。在此基础上,本发明公开了一种风力发电机组塔筒的内置式阻尼器的安装方法。本发明的有益效果是：采用了可以在地面完成安装的阻尼器结构，从而消除了安装困难，提高了安装效率。

Description

风力发电机组塔筒的内置式阻尼器及安装方法

技术领域

本发明涉及风力发电设备领域，具体是一种风力发电机组塔筒的内置式阻尼器，及其安装方法。

背景技术

随着风电技术的发展，高塔筒和大风轮的方案能显著降低度电成本，提升项目经济性。同时，随着塔筒高度的增加，其结构固有频率下降，增大了风致涡激振动的风险，塔筒的涡激振动问题也成为近年来行业关注的热点问题之一。

阻尼器是一种较好的塔筒涡激振动问题的解决方案，特别是调频液体阻尼器，是一种性价较高的被动耗能减振装置，利用固定水箱中的液体在晃动过程中产生的动侧力来提供减振作用，具有构造简单，安装容易，自动激活性能好，不需要启动装置等优点。

中国专利文献CN106088378A于2016年11月9日公开了“抗倒塌阻尼网环形调谐液体阻尼器”，主要包括环形箱体、阻尼网、阻尼器腔体以及调谐液体。阻尼器的箱体内壁与风力发电塔相连，竖直阻尼网环向均匀布置于水箱内，以在各个方向上增加阻尼，水箱内装有调谐液体。相对于矩形、圆柱形调谐液体阻尼器，该装置能更高效的利用可用空间，在不影响其他装置的基础上更方便地安装在风力发电塔上，同时，在风/地震作用下，该装置阻尼网可提供较大的阻尼，与腔体内的调谐液体共同作用，增加耗能，减小机轴振动响应、提高结构抗倒塌能力。

此类现有技术中，阻尼器普遍外置于塔筒上方的外侧，阻尼器尺寸巨大，因而要出动大型吊装机具将塔筒吊装起来，再将阻尼器吊起至高空中与塔筒固定。而对于阻尼器内置于塔筒内的设计方案而言，无法将阻尼器用大型吊装机具送入塔筒内，因此必须在地面安装好阻尼器再吊装塔筒。现有技术无法满足这样的施工需求。同时，风力发电塔高度可观，向位于高处的阻尼器内注水也相当困难。

发明内容

基于以上问题，本发明提供一种风力发电机组塔筒的内置式阻尼器，采用了可以在地面完成安装的阻尼器结构，从而消除了安装困难，提高了安装效率。在此基础上，本发明还提供了该种调谐液体阻尼器的安装方法。

为了实现发明目的一，本发明采用如下技术方案：一种风力发电机组塔筒的内置式阻尼器，包括阻尼组件，阻尼组件内包括：

箱体，俯视形状为圆环形，横截面形状为开口向上的U形；

水囊，为环形的密封体，薄、软材质制成，充盈状态下水囊紧贴箱体的内侧壁；水囊内填充有调谐液体和空气；

固定座，将箱体固定在塔筒的内部。

作为优选，水囊内灌注的空气的气压为5~10KPa。

作为优选，水囊内固定有若干隔板，隔板沿横截水囊的方向设置，每个隔板上均设有若干通孔。

作为优选，箱体的底面上或水囊的底面上横贯的设有若干条向上凸起的阻尼筋，阻尼筋的截面形状为由底部向上端逐渐收敛的形状。

作为优选，调谐液体在充盈的水囊内的高度为h1，阻尼筋的凸起高度为h2，有1/10≤h2:h1≤1/2。

作为优选，水囊内固定有隔板，隔板一一对应的位于各阻尼筋的正上方；隔板的上、左、右侧边均与水囊的内侧壁封闭连接，下侧边与阻尼筋的顶端之间设有间隙。

作为优选，调谐液体在充盈的水囊内的高度为h1，隔板下侧边与阻尼筋的顶端之间的间隙为h3，有0.5≤h3:h1≤1.5。

作为优选，调谐液体为防冻液。

作为优选，箱体上设有贯通的液位观察孔，液位观察孔旁设有液位刻度线。

作为优选，阻尼组件的数量为多个，在塔筒的上下方向上层叠布置。

本方案设计的风力发电机组塔筒的内置式阻尼器，包括阻尼组件，阻尼组件则包括箱体、水囊和固定座。箱体的俯视形状为环形，截面形状为U形，结构上可以是由数个扇环形的U形槽首尾拼接而成。箱体是由固定座固定在塔筒的内部，自身不承担密封储水的功能，只承担承载水囊的作用。水囊为密封体，以薄、软、密封材质制成，形状为环形。工作状态下，水囊内将填充调谐液体和空气至充盈，其中灌注的空气的气压为5~10KPa，充盈状态下水囊紧贴箱体U形槽的侧壁和槽底。调谐液体的具体选择和数量多寡由本领域技术人员根据设计需要决定。在这个基础设计方案中，由于密封盛水的作用完全由水囊实现，因此对箱体密封性不再有严格要求，在确保安全稳定的承载效果前提下，可以充分进行强化、减重、镂空等设计。采用本方案，不再有向高处注水的麻烦，而是直接在地面将水囊放置在箱体中，再向水囊中注水注气，完成后塔筒吊起，因此可以大幅降低作业难度，提高作业效率。对于增加阻尼效果，有以下两种细分措施：其一，在水囊中固定安装带孔的隔板，隔板的延伸方向是横截水囊的方向，主要起到对水囊内液体流动的阻滞作用，可以增大阻尼效果。隔板的数量、通孔的尺寸和数量等参数，与阻尼的效果有关，可以由本领域技术人员根据设计需要自行决定。其二，在箱体的底面上或水囊的底面固定设计上凸的阻尼筋，阻尼筋的延伸方向横贯箱体环形的方向，阻尼筋的截面形状为下大上小的收敛形状，例如三角形、梯形等。当水囊中的调谐液体流经阻尼筋所在位置时，受到阻尼筋的截面形状的阻力而形成向上爬升的升力，同时对阻尼筋形成向下的压力，这种压力传递到塔筒，对提高高塔的稳定性有显著的好处。在设置阻尼筋的基础上，还可以添加隔板作为进一步的优化。隔板设置位置与阻尼筋的设置位置上下对应。此时的隔板就是完全密封的隔板了，不仅自身不带通孔，而且隔板的上、左、右侧边与水囊的内侧壁封闭连接，仅下侧边与阻尼筋的顶端之间设有间隙，调谐液体仅能从此间隙中流过，从而强化了流动的调谐液体对阻尼筋的作用力。为了避免气温过低导致调谐液体冻结，选择以防冻液作为调谐液体，或在其它已知合适的调谐液体中掺有合适比例的防冻液。箱体上设有液位观察孔以观察水囊内的页面高度，液位刻度线用来读取液面高度的数值，从而保证合适水囊内调谐液体的合适体积。如果水囊的主体材料是不透明的，则应当在液位观察孔对应位置设置一小块透明材质制成的窗口，以便观察。此外，水囊和箱体之间可以用一些固定结构进行相对固定，水囊上设计有进水阀门出水阀门等，均为本领域技术人员的公知技术，此处不做赘述。在某些设计中，一个阻尼器中可以包括几个阻尼组件，这几个阻尼组件可以在塔筒的上下方向上层叠布置。

为了实现发明目的二，本发明采用如下技术方案：一种如前所述的风力发电机组塔筒的内置式阻尼器的安装方法，包括如下步骤：

一、在塔筒上部内壁上安装固定座；

二、将数个U形槽与固定座连接，并首尾拼接成箱体；

三、将水囊的出水阀门关闭，并放入箱体的出水口内，水囊的其余未展开部分平铺于箱体内；

四、如果塔筒已吊装处于垂直状态，用水泵从水囊的进水阀门注入一定量的调谐液体；如果塔筒处于水平状态，先用侧向挡板临时封住下部箱体的端面，再用水泵从进水阀门注入一定量的调谐液体；

五、从水囊的进水阀门充入足量的空气，填充水囊内部至充盈状态，关闭进水阀门，使水囊与箱体紧密贴合；

六、如有多个阻尼组件，则按上述顺序从下至上依次安装各个阻尼组件；

侧向挡板为形状和尺寸与箱体端面的半侧匹配的板形部件，与箱体的上端可拆装。

本方案最大的优势是可以在地面安装阻尼器，从而解决了内置式阻尼器吊装施工困难的问题。

综上所述，本发明的有益效果是：采用了可以在地面完成安装的阻尼器结构，从而消除了安装困难，提高了安装效率。

附图说明

图1是本发明的轴向剖视图。

图2是箱体和固定座的安装配合示意图。

图3是水囊的结构示意图。

图4是U形槽的结构示意图。

图5是箱体、水囊的横截面示意图。

图6是箱体、水囊的纵截面示意图。

图7是塔筒处于地面水平位置时的阻尼组件的安装示意图。

其中：1箱体，11U形槽，111液位观察孔，112液位刻度线，113阻尼筋，114出水口，2水囊，21隔板，212观察窗，213进水阀门，214出水阀门，22调谐液体，23空气，3固定座，4塔筒，5侧向挡板。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例1

如图1所示的实施例，为一种风力发电机组塔筒的内置式阻尼器。本调谐液体阻尼器包括彼此独立的三个阻尼组件，在塔筒4的轴向上层叠布置。每个阻尼组件均包括箱体1和水囊2。

箱体1的俯视形状为圆环形，截面形状为底部平直、开口向上的U形，本例中是由4个如图4所示的扇环形的U形槽11首尾拼接安装形成。U形槽11是通过固定座3与筒体4固定的。具体的，固定座3的外侧端固定在筒体4的内侧壁，固定座本体沿径向向内伸出，形成悬臂，内侧端有径向限位件。参见图2，固定座3一共8个，U形槽11就以螺栓固定在相邻的两个固定座3上，并首尾相连，形成环形的箱体1。箱体1的环形内侧壁上贯通的设有液位观察孔111，液位观察孔111旁设有液位刻度线112。在箱体1的槽底设有出水口114。

水囊2是个密封体，由轻、软、薄、不透水的材料制成。如图3所示，水囊2在充盈状态时，是一个圆环形，形状尺寸均与箱体1的环形槽适配。水囊2上安装有进水阀门213和出水阀门214，而在水囊2内部则固定安装有隔板21。隔板21的延伸方向是横截水囊2延伸的方向，即水囊2所在圆的径向。水囊2的环形内侧壁在对应箱体1的液位观察孔111位置设置有透明的观察窗212，而水囊2的出水阀门214位于下方，位置对应箱体1槽底的出水口114。

水囊2安装在箱体1内后的横截面如图5所示，水囊2内灌注有适量的调谐液体22和空气23，其中，调谐液体22为防冻液，而空气23灌注后，水囊2内的气压应当保持在5~10KPa。水囊2的底部以必要的固定方式与箱体1的槽底固定，确保水囊2和箱体1不会在轴向、径向和周向上彼此位移。

为了提高阻尼的效果，本例中，隔板21被设置为4个，在水囊2的环形内部等距布置。每个隔板21上均设置有数个通孔供调谐液体22流过。

实施例2

实施2为另一种风力发电机组塔筒的内置式阻尼器。参见图4和图6，本例的箱体1底部设有向上凸起的阻尼筋113。阻尼筋113的长度方向为横截箱体1环形的方向，阻尼筋113的截面形状为由底部向上端逐渐收敛的形状，本例为一个顶角在上方的三角形。在水囊2的内部也固定安装有隔板21，隔板21一一对应的位于各阻尼筋113的正上方。隔板21的上、左、右侧边均与水囊2的内侧壁封闭连接，下侧边与阻尼筋113的顶端之间设有间隙。

当水囊2内灌满调谐液体22和空气23，处于充盈状态时，以调谐液体22的页面高度为h1，以阻尼筋113的凸起高度为h2，以隔板21下侧边与阻尼筋113的顶端之间的间隙为h3，有1/10≤h2:h1≤1/2，且0.5≤h3:h1≤1.5。

余同实施例1。

实施例3

实施例3为一种风力发电机组塔筒的内置式阻尼器的安装方法，用来安装如实施例1所示的风力发电机组塔筒的内置式阻尼器，具体步骤如下：

一、在塔筒4上部内壁上安装固定座3；

二、将数个U形槽11与固定座3连接，并首尾拼接成箱体1；

三、将水囊2的出水阀门214关闭，并放入箱体1的出水口114内，水囊2的其余未展开部分平铺于箱体1内；

四、如果塔筒4已吊装处于垂直状态，用水泵从水囊2的进水阀门213注入一定量的调谐液体22；如果塔筒4处于水平状态，先用侧向挡板5临时封住下部箱体1的端面，再用水泵从进水阀门213注入一定量的调谐液体；

五、从水囊2的进水阀门213充入足量的空气23，填充水囊2内部至充盈状态，关闭进水阀门213，使水囊2与箱体1紧密贴合；

六、如有多个阻尼组件，则按上述顺序从下至上依次安装各个阻尼组件。

其中，侧向挡板5为形状和尺寸与箱体1端面的半侧匹配的板形部件，与箱体1的上端可拆装。

Claims (8)

1.一种风力发电机组塔筒的内置式阻尼器，其特征是，包括阻尼组件，阻尼组件内包括：

箱体（1），俯视形状为圆环形，横截面形状为开口向上的U形；

水囊（2），为环形的密封体，薄、软材质制成，充盈状态下水囊（2）紧贴箱体（1）的内侧壁；水囊（2）内填充有调谐液体（22）和空气（23）；

固定座（3），将箱体（1）固定在塔筒（4）的内部；

箱体（1）的底面上或水囊（2）的底面上横贯的设有若干条向上凸起的阻尼筋（113），阻尼筋（113）的截面形状为由底部向上端逐渐收敛的形状；

调谐液体（22）在充盈的水囊（2）内的高度为h1，阻尼筋（113）的凸起高度为h2，有1/10≤h2:h1≤1/2。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组塔筒的内置式阻尼器，其特征是，水囊（2）内灌注的空气（23）的气压为5~10KPa。

3.根据权利要求1或2所述的一种风力发电机组塔筒的内置式阻尼器，其特征是，水囊（2）内固定有若干隔板（21），隔板（21）沿横截水囊（2）的方向设置，每个隔板（21）上均设有若干通孔。

4.根据权利要求1或2所述的一种风力发电机组塔筒的内置式阻尼器，其特征是，水囊（2）内固定有隔板（21），隔板（21）一一对应的位于各阻尼筋（113）的正上方；隔板（21）的上、左、右侧边均与水囊（2）的内侧壁封闭连接，下侧边与阻尼筋（113）的顶端之间设有间隙。

5.根据权利要求1或2所述的一种风力发电机组塔筒的内置式阻尼器，其特征是，调谐液体（22）在充盈的水囊（2）内的高度为h1，隔板（21）下侧边与阻尼筋（113）的顶端之间的间隙为h3，有0.5≤h3:h1≤1.5。

6.根据权利要求1或2所述的一种风力发电机组塔筒的内置式阻尼器，其特征是，箱体（1）上设有贯通的液位观察孔（111），液位观察孔（111）旁设有液位刻度线（112）。

7.根据权利要求1或2所述的一种风力发电机组塔筒的内置式阻尼器，其特征是，阻尼组件的数量为多个，在塔筒（4）的上下方向上层叠布置。

8.一种如权利要求1至7中任意一项所述风力发电机组塔筒的内置式阻尼器的安装方法，其特征是，包括如下步骤：

一、在塔筒（4）上部内壁上安装固定座（3）；

二、将数个U形槽（11）与固定座（3）连接，并首尾拼接成箱体（1）；

三、将水囊（2）的出水阀门（214）关闭，并放入箱体（1）的出水口（114）内，水囊（2）的其余未展开部分平铺于箱体（1）内；

四、如果塔筒（4）已吊装处于垂直状态，用水泵从水囊（2）的进水阀门（213）注入一定量的调谐液体（22）；如果塔筒（4）处于水平状态，先用侧向挡板（5）临时封住下部箱体（1）的端面，再用水泵从进水阀门（213）注入一定量的调谐液体（22）；

五、从水囊（2）的进水阀门（213）充入足量的空气（23），填充水囊（2）内部至充盈状态，关闭进水阀门（213），使水囊（2）与箱体（1）紧密贴合；

六、如有多个阻尼组件，则按上述顺序从塔筒下至塔筒上依次安装各个阻尼组件；

侧向挡板（5）为形状和尺寸与箱体（1）端面的半侧匹配的板形部件，与箱体（1）的上端可拆装。

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