CN113464372A

CN113464372A - 混凝土塔筒钢绞线的减振方法

Info

Publication number: CN113464372A
Application number: CN202110808479.1A
Authority: CN
Inventors: 周瑞权
Original assignee: Shanghai Institute of Electromechanical Engineering
Current assignee: Shanghai Institute of Electromechanical Engineering
Priority date: 2021-07-16
Filing date: 2021-07-16
Publication date: 2021-10-01
Anticipated expiration: 2041-07-16
Also published as: CN113464372B

Abstract

本发明公开了一种混凝土塔筒钢绞线的减振方法，包括步骤：1、根据风机参数计算钢绞线（3）的自振频率f1，自振频率f1≥4nf；n为风机叶片数量，nf为叶片通过频率；2、根据自振频率f1计算钢绞线上相邻两个减振固定点的间距L，计算公式为：f1=[1/(2L)]*(P/ρ)^0.5；P为单束钢绞线的预应力；ρ为钢绞线的单位长度质量；3、采用若干个套箍（5）和若干根系杆（6）制成减振环（4），并将多道减振环间隔安装在钢绞线组上，且相邻两道减振环的间距不超过间距L。本发明能通过布置减振环约束钢绞线组，避免钢绞线振动而导致的疲劳破坏，也避免了钢绞线振动时触碰和破坏混凝土塔筒筒壁。

Description

混凝土塔筒钢绞线的减振方法

技术领域

本发明涉及一种风电机组混凝土塔筒，尤其涉及一种混凝土塔筒钢绞线的减振方法。

背景技术

风力发电作为一种清洁能源技术，在我国风资源较好的“三北”区域得到了广泛的应用。随着“三北”区域开发日趋饱和，风力发电正向内陆区域发展。由于内陆区域风速较低，同时风力发电机组的功率日益增大，使得风轮的直径越来越大，塔筒的高度也越来越高，目前，国内陆上风力发电机组的塔筒高度已经达到120-160m。随着风电塔筒的高度增加，现有技术的风电塔筒包括混凝土塔筒、钢塔筒、钢-混凝土混合塔筒等多种结构形式。其中，采用体外预应力的钢-混凝土混合塔筒应用较普遍。

对于采用体外预应力的钢-混凝土混合塔筒而言，其预应力钢绞线的两端分别锚固在混凝土塔筒顶部和混凝土塔筒基础上，而预应力钢绞线的其他部位均不受任何约束。在当风机运转时，随着叶轮的转动，叶轮会对混凝土塔筒顶部施加一个周期性的荷载。此时，钢绞线相当于一个两端简支且张紧的弦，同时，钢绞线一端受到周期性的位移，导致钢绞线产生强迫振动。若钢绞线的自振频率与叶轮转动频率或叶片通过频率接近，钢绞线易产生共振且振幅较大，从而导致钢绞线触碰并破坏混凝土塔筒的筒壁。

即使钢绞线的自振频率与叶轮转动频率或叶片通过频率相差较远，但由于钢绞线的长度较长（可达到80-110m），其自振时中间部位的振幅相对较大，对于混凝土塔筒的筒壁仍然存在较大的触碰和破坏风险，影响混凝土塔筒的安全使用。另外，振动对于钢绞线自身的耐疲劳性能也会产生不利影响，缩短钢绞线的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混凝土塔筒钢绞线的减振方法，能通过布置减振环约束钢绞线组，避免钢绞线振动而导致的疲劳破坏，也避免了钢绞线振动时触碰和破坏混凝土塔筒筒壁。

本发明是这样实现的：

一种混凝土塔筒钢绞线的减振方法，包括以下步骤：

步骤1：根据风机参数计算钢绞线的自振频率f1，自振频率f1≥4nf；

其中，n为风机叶片数量；f为风机运行时叶轮的最高旋转频率，nf即为叶片通过频率；

步骤2：根据自振频率f1计算钢绞线上相邻两个减振固定点的间距L，计算公式为：

f1=[1/(2L)]*(P/ρ)^0.5 公式（1）；

其中，P为单束钢绞线的预应力；ρ为钢绞线的单位长度质量；

步骤3：采用若干个套箍和若干根系杆制成减振环，并将多道减振环间隔安装在钢绞线组上，且相邻两道减振环的间距不超过间距L。

所述的步骤3中，减振环的制作方法是：将每束所述的钢绞线上均匹配套接有套箍，相邻两个套箍之间通过系杆连接，形成减振环。

所述的减振环为平面环状结构并沿混凝土塔筒的径向设置，多道减振环沿混凝土塔筒的轴向间隔设置在混凝土塔筒的顶部与塔筒基础之间。

在一道所述的减振环中，套箍的数量和系杆的数量均与钢绞线的数量一致。

所述的套箍由两个半圆箍件拼接构成，两个半圆箍件匹配抱合在钢绞线上，两个半圆箍件的两端分别设有耳板并通过耳板连接固定。

所述的两个半圆箍件的中部设有耳板，系杆的端部设有耳板，使套箍通过耳板与系杆连接固定。

所述的套箍的内壁上设有保护层，保护层包裹在钢绞线的表面上。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明由于设有多道间隔布置的减振环，大大减小了钢绞线的自由段长度，改变钢绞线的自振频率并使其远离风机运行时的叶片通过频率，达到避免共振和降低自振振幅的目的，最终使钢绞线的疲劳破坏概率大大降低，确保钢绞线的使用寿命和使用安全性。

2、本发明由于采用套箍和系杆形成减振环，使钢绞线之间两两相互约束，无需锚固钢绞线即可使钢绞线处于相对固定的状态，降低钢绞线振动时的幅度，采用耳板和螺栓的连接方式拆装方便，结构简单，具有良好的通用性和实用性，相比锚固的固定方式具有更高的经济性。

3、本发明由于基于风机叶片通过频率布设减振环，不仅能确保减振环能达到最佳的减振效果，也能减少不必要的减振环布置或锚固施工工序，兼顾混凝土塔筒的施工质量和施工成本。

本发明能通过多道减振环的布置约束钢绞线组，减小了钢绞线自由段长度，从而改变了钢绞线的自振频率，避免了钢绞线振动而导致的疲劳破坏，也避免了钢绞线振动时触碰和破坏混凝土塔筒筒壁，提高了混凝土塔筒的安全性和耐久性。

附图说明

图1是现有技术中混凝土塔筒的立体图；

图2是本发明混凝土塔筒钢绞线的减振方法中减振环的安装示意图；

图3是图2中其中一道减振环的放大图；

图4是本发明混凝土塔筒钢绞线的减振方法中套箍的安装示意图；

图5是本发明混凝土塔筒钢绞线的减振方法中系杆的安装示意图。

图中，1塔筒基础，2混凝土塔筒，3钢绞线，4减振环，5套箍，51半圆箍件，6系杆，7耳板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

请参见附图1，若干束钢绞线3分别锚固在混凝土塔筒2的顶部和塔筒基础1之间，若干束钢绞线3沿混凝土塔筒2的周向间隔布置，每束钢绞线3由多根钢绞线绞合构成。

一种混凝土塔筒钢绞线的减振方法，包括以下步骤：

步骤1：根据风机参数计算钢绞线3的自振频率f1，自振频率f1≥4nf。

其中，n为风机叶片数量，n通常为3。

f为风机运行时叶轮的最高旋转频率，nf即为叶片通过频率，叶轮的最高旋转频率由主机厂家提供的风机参数确定，如3-15转/分钟，钢绞线3的自振频率f1通常不宜小于风机运行时的叶片通过频率的4倍。

步骤2：根据自振频率f1计算钢绞线3上相邻两个减振固定点的间距L，计算公式为：

f1=[1/(2L)]*(P/ρ)^0.5 公式（1）。

其中，P为单束钢绞线3的预应力，单位为kN，由钢绞线3的施工工艺确定。

ρ为钢绞线3的单位长度质量，单位为kg/m，由钢绞线3的材质确定。

请参见附图2和附图3，步骤3：采用若干个套箍5和若干根系杆6制成减振环4，并将多道减振环4间隔安装在钢绞线组上，且相邻两道减振环4的间距不超过间距L。通过减振环4对钢绞线组进行约束，并在钢绞线3上形成隔断，减小钢绞线3的自由段的长度，从而降低钢绞线3振动时的振幅。

请参见附图3和附图5，所述的减振环4的制作方法是：将每束所述的钢绞线3上均匹配套接有套箍5，相邻两个套箍5之间通过系杆6连接，形成减振环4。通过套箍5和系杆6在相邻两束钢绞线3之间形成相互制约，一体结构的减振环4能对每一束钢绞线3起到良好的减振降幅作用。

所述的减振环4为平面环状结构并沿混凝土塔筒2的径向设置，多道减振环4沿混凝土塔筒2的轴向间隔设置。优选的，所述的多道减振环4等间隔布置在混凝土塔筒2的顶部与塔筒基础1之间，确保每束钢绞线3的每段自由段均得到均匀且有效的振幅限制。

在一道所述的减振环4中，套箍5的数量和系杆6的数量均与钢绞线3的数量一致。确保每一束钢绞线3上都套接有套箍5，从而限制每一束钢绞线3的振动幅度。

请参见附图4，所述的套箍5由两个半圆箍件51拼接构成，两个半圆箍件51匹配抱合在钢绞线3上，两个半圆箍件51的两端分别设有耳板7并通过耳板7经螺栓等连接件连接固定。套箍5的结构简单，拆装方便，成本低，易于在各风电塔筒的钢绞线3上安装使用。

请参见附图5，所述的两个半圆箍件51的中部设有耳板7，系杆6的端部设有耳板7，使套箍5通过耳板7经螺栓等连接件与系杆6连接固定。套箍5与系杆6的连接方式简单，连接可靠性高，拆装便捷，易于操作，不影响整体施工进度。

所述的套箍5的内壁上设有保护层（图中未示出），保护层包裹在钢绞线3的表面上。优选的，保护层可采用软质橡胶等材质制成，可起到保护钢绞线3表面的保护层的作用，也具有一定的防滑固定效果。

实施例1：

某钢-混凝土混合塔筒的轮毂高度为140m，其中，混凝土塔筒2的高度为105m，风机叶片数量n=3，风机旋转时，叶轮的旋转频率为6-15转/分钟，即f=0.25Hz，则叶片通过频率nf=0.75Hz。

混凝土塔筒2的钢绞线组中共布置16束钢绞线3，每束钢绞线3均由20根钢绞线绞合构成。单根钢绞线3的预应力为100kN，钢绞线3的单位长度质量为1.2kg/m。

计算钢绞线3的自振频率f1，f1≥4nf=3Hz。根据公式（1）计算得到减振固定点的间距L≤48m，即相邻减振环4的布置间距不超过48m。由于混凝土塔筒2的高度为105m，以均匀布置为原则，取减振固定点的间距L=35m，即在混凝土塔筒2的35m和70m高度处各设置一道减振环4，能满足减振要求。

在每束钢绞线3的35m和70m高度处通过螺栓经耳板7固定两个半圆箍件51构成套箍5，同一高度处相邻两个套箍5之间通过系杆6经螺栓和耳板7相连，形成两道水平设置的减振环4。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，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

1.一种混凝土塔筒钢绞线的减振方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤1：根据风机参数计算钢绞线（3）的自振频率f1，自振频率f1≥4nf；

步骤2：根据自振频率f1计算钢绞线（3）上相邻两个减振固定点的间距L，计算公式为：

f1=[1/(2L)]*(P/ρ)^0.5 公式（1）；

其中，P为单束钢绞线（3）的预应力；ρ为钢绞线（3）的单位长度质量；

步骤3：采用若干个套箍（5）和若干根系杆（6）制成减振环（4），并将多道减振环（4）间隔安装在钢绞线组上，且相邻两道减振环（4）的间距不超过间距L。

2.根据权利要求1所述的混凝土塔筒钢绞线的减振方法，其特征是：所述的步骤3中，减振环（4）的制作方法是：将每束所述的钢绞线（3）上均匹配套接有套箍（5），相邻两个套箍（5）之间通过系杆（6）连接，形成减振环（4）。

3.根据权利要求1或2所述的混凝土塔筒钢绞线的减振方法，其特征是：所述的减振环（4）为平面环状结构并沿混凝土塔筒（2）的径向设置，多道减振环（4）沿混凝土塔筒（2）的轴向间隔设置在混凝土塔筒（2）的顶部与塔筒基础（1）之间。

4.根据权利要求1或2所述的混凝土塔筒钢绞线的减振方法，其特征是：在一道所述的减振环（4）中，套箍（5）的数量和系杆（6）的数量均与钢绞线（3）的数量一致。

5.根据权利要求1所述的混凝土塔筒钢绞线的减振方法，其特征是：所述的套箍（5）由两个半圆箍件（51）拼接构成，两个半圆箍件（51）匹配抱合在一束钢绞线（3）上，两个半圆箍件（51）的两端分别设有耳板（7）并通过耳板（7）连接固定。

6.根据权利要求1所述的混凝土塔筒钢绞线的减振方法，其特征是：所述的两个半圆箍件（51）的中部设有耳板（7），系杆（6）的端部设有耳板（7），使套箍（5）通过耳板（7）与系杆（6）连接固定。

7.根据权利要求1所述的混凝土塔筒钢绞线的减振方法，其特征是：所述的套箍（5）的内壁上设有保护层，保护层包裹在钢绞线（3）的表面上。