CN114412261B - 风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器 - Google Patents

风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器，包括与风塔顶部工作平台相连用的基座，基座内开设有减震腔，减震腔内转动连接有可绕其轴线转动的转盘，转盘内设有滚球，滚球在转盘的朝向与风塔的主要激励方向不一致时向转盘施加侧向力驱使转盘转动，并在转盘的朝向转至与风塔的主要激励方向一致时沿转盘在减震腔的径向上往复移动，转盘上设有与减震腔内壁相抵的滑轮，滑轮在转盘转动时沿减震腔内壁滑动，并在转盘转动到位且滚球沿转盘在减震腔的径向上往复移动时限制风塔的震动。实现多维度的、多耗能形式的、宽频带的阻尼减震，其结构紧凑，可适应风力发电塔内的狭小空间，且结构简单、制造成本低。

Description

风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器
技术领域
本申请涉及结构振动控制技术领域，尤其涉及风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器。
背景技术
随着转换效率的提高，风力发电塔的高度越来越高，与其伴生的结构振动也越发明显。现有的质量调谐阻尼器体积大、减震方向单一，而风力发电塔的内部空间十分有限且受到多个方向的风荷载，导致阻尼减震效果不佳。
发明内容
为了解决现有的质量调谐阻尼器体积大、减震方向单一的技术问题，本申请的目的在于提供风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器。
本申请是通过以下技术方案实现的：
风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器，包括与风塔顶部工作平台相连用的基座，所述基座内开设有减震腔，所述减震腔内转动连接有可绕其轴线转动的转盘；所述转盘内设有滚球，所述滚球在所述转盘的朝向与风塔的主要激励方向不一致时向所述转盘施加侧向力驱使所述转盘转动，并在所述转盘的朝向转至与风塔的主要激励方向一致时沿所述转盘在所述减震腔的周向上往复移动；所述转盘上设有与所述减震腔内壁相抵的滑轮，所述滑轮在所述转盘转动时沿所述减震腔内壁滑动，并在所述转盘转动到位且所述滚球沿转盘在所述减震腔的周向上往复移动时限制风塔的震动。
如上所述的风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器，所述转盘包括通过轴承与所述减震腔底部连接的滑轨，以及分设于所述滑轨短边方向的两侧上的侧板，所述滑轨的长边沿所述减震腔的内壁在所述减震腔的周向上延伸，所述滚球在所述滑轨的长边朝向与风塔的主要激励方向不一致时向任一所述侧板施加侧向力驱使所述转盘转，并在所述滑轨的长边朝向转至与风塔的主要激励方向一致时沿所述滑轨在所述减震腔的周向上往复移动。
如上所述的风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器，所述减震腔为开口于所述基座上端面的半球腔，所述滑轨长边方向上的两端与所述减震腔的开口持平。
如上所述的风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器，所述滑轨为与所述减震腔内壁等距延伸的弧形轨道。
如上所述的风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器，所述滑轮为2个，两所述滑轮分设在所述滑轨长边方向的两端上。
如上所述的风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器，各所述侧板与所述减震腔内壁相对的一侧凸设有止挡板，所述滑轨和所述减震腔内壁间设有若干位于两所述止挡板间的滚珠，各所述滚珠分别与所述滑轨下表面和所述减震腔内壁相抵，并在所述转盘转动时限制所述转盘的转速以限制所述滚球发生圆周运动和/或混沌运动。
如上所述的风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器，所述减震腔内壁的滚动摩擦系数为0.003m～0.004m，所述滑轨与所述滚球的接触面的滚动摩擦系数为0.002m～0.005m。
如上所述的风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器，两所述侧板间连接有限制各所述滚珠在所述减震腔的周向上移动的限位板。
如上所述的风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器，所述滑轨关于其与所述基座的连接处对称设置，若干所述滚珠分设在所述滑轨与所述基座连接处的相对两侧，且两侧上的各所述滚珠一一对应。
如上所述的风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器，所述滚球与风塔的质量比为0.025～0.035，所述滚珠与所述滚球的质量比为0.45～0.55。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明通过设置在减震腔内可绕减震腔轴线转动的转盘，以及设于转盘内的滚球以及设于转盘外并与减震腔内壁相抵的滑轮，实现多维度的、多耗能形式的、宽频带的阻尼减震，其结构紧凑，可适应风力发电塔内的狭小空间，且结构简单、制造成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本申请实施例风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器的结构示意图；
图2为图1中A-A处的剖视图。
具体实施方式
为了使本申请所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
实施例：如图1-2所示，该风力发电塔用(简述为风塔)的多维调谐质量阻尼器设于风塔顶部的工作平台上，具体地，该风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器包括基座1、转盘3、滚球4和滑轮6，所述基座1与风塔顶部的工作平台连接，所述基座1内开设有减震腔2，所述转盘3转动连接在所述减震腔2内并能绕所述减震腔2的轴线转动，所述滚球4设于所述转盘3内，所述滚球4在所述转盘3的朝向与风塔的主要激励方向不一致时向所述转盘3施加侧向力驱使所述转盘3转动，并在所述转盘3的朝向转至与风塔的主要激励方向一致时沿所述转盘3在所述减震腔2的周向上往复移动，所述滑轮6设于所述转盘3外侧并与所述减震腔2内壁相抵，所述滑轮6在所述转盘3转动时沿所述减震腔2内壁滑动，并在所述转盘3转动到位且所述滚球4沿所述转盘3在所述减震腔2的周向上往复移动时限制风塔的震动。其中，当风力发电塔受外部荷载产生振动时，设于风塔顶部工作平台上的所述基座1随风塔产生位移，使处于所述转盘3最低处的所述滚球4发生相对位移，若此时所述转盘3的朝向与风塔的主要激励方向不一致，所述滚球4将对所述转盘3施加侧向力驱使所述转盘3绕所述减震腔2的轴线转动，当所述转盘3的朝向转至与风塔的主要激励方向一致且稳定时，所述滚球4沿所述转盘3在所述减震腔2的周向上往复移动调谐减震，此时，所述滚球4与所述转盘3的摩擦，以及所述滚球4在所述转盘3内滚动产生的调谐作用，都可以消耗风塔的能量，达到减振的效果，调谐力通过所述滑轮6传递到所述基座1上再反馈给风塔，限制风塔的震动。综上可知，上述结构提供了一种应用于风力发电塔的多维度的、多耗能形式的、宽频带的质量阻尼器，其结构紧凑，可适应风力发电塔内的狭小空间，且结构简单、制造成本低。
进一步地，为了简化结构、便于实施，所述转盘3包括通过螺栓轴承7与所述减震腔2底部连接的滑轨31，以及分设在所述滑轨31短边方向的两侧上的侧板32，所述滑轨31的长边沿所述减震腔2内壁在所述减震腔2的周向上延伸，所述滚球4在所述滑轨31的长边朝向与风塔的主要激励方向不一致时向任一所述侧板32施加侧向力驱使所述转盘3转动，并在所述滑轨31的长边朝向转至与风塔的主要激励方向一致时沿所述滑轨31的长边在所述减震腔2的周向上往复移动。
进一步地，为了简化结构、便于维修，所述减震腔2为开口于所述基座1上端面的半球腔，所述滑轨31长边方向上的两端与所述减震腔2的开口持平。
进一步地，为了简化结构、便于实施，所述滑轨31为与所述减震腔2内壁等距延伸的弧形轨道。
进一步地，为了提高所述转盘转动的稳定性，以及提高摩擦耗能，所述滑轮6为2个，两所述滑轮6分设在所述滑轨31长边方向的两端上，所述滑轮6通过开设有螺纹孔的铁块与所述滑轨31连接。
进一步地，为了提高摩擦耗能，并约束所述转盘3的转速以避免所述滚球4发生圆周运动和/或混沌运动，各所述侧板32与所述减震腔2内壁相对的一侧凸设有止挡板33，所述滑轨31和所述减震腔2内壁间设有若干位于两所述止挡板33间的滚珠8，各所述滚珠8分别与所述滑轨31下表面和所述减震腔2内壁相抵，并在所述转盘3转动时限制所述转盘3的转速，由于所述转盘3的转速受限，可避免所述滚球4在所述转盘3内发生圆周运动和/或混沌运动。
进一步地，为了提高摩擦耗能，所述减震腔2内壁的滚动摩擦系数为0.003m～0.004m，优选为0.0035m，所述滑轨与所述滚球的接触面的滚动摩擦系数为0.002m～0.005m。
进一步地，为了避免各所述滚珠8在所述转盘3转动时在所述减震腔2的周向上移动，两所述侧板32间连接有限制各所述滚珠8在所述减震腔2的周向上移动的限位板34。由图可知，所述限位板34为2个，两所述限位板34关于所述转盘3与所述减震腔2的连接处对称设置，且被限制在两所述限位板34之间的各所述滚珠8相抵。
进一步地，为了提高调谐效果，所述滑轨31关于其与所述基座1的连接处对称设置，各所述滚珠8分设在所述滑轨31与所述基座1连接处的相对两侧，且两侧上的各所述滚珠8一一对应。
进一步地，为了提高阻尼减震效果，所述滚球4与风塔的质量比为0.025～0.035，优选地，所述滚球4与风塔的质量比为0.03。
进一步地，为了提高阻尼减震效果，所述滚球4的半径与所述滑轨31的半径之比与风力发电塔的频率相关，可根据风塔一阶频率设置，所述滚珠8与所述滚球4的质量比为0.45～0.55，优选地，所述滚珠8与所述滚球4的质量比为0.5。
应当理解的是，本申请中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。此外，术语“圆”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
如上所述是结合具体内容提供的一种或多种实施方式，并不认定本申请的具体实施只局限于这些说明。凡与本申请的方法、结构等近似、雷同，或是对于本申请构思前提下做出若干技术推演，或替换都应当视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器，其特征在于，包括与风塔顶部工作平台相连用的基座，所述基座内开设有减震腔，所述减震腔内转动连接有可绕其轴线转动的转盘；
所述转盘内设有滚球，所述滚球在所述转盘的朝向与风塔的主要激励方向不一致时向所述转盘施加侧向力驱使所述转盘转动，并在所述转盘的朝向转至与风塔的主要激励方向一致时沿所述转盘在所述减震腔的周向上往复移动；
所述转盘上设有与所述减震腔内壁相抵的滑轮，所述滑轮在所述转盘转动时沿所述减震腔内壁滑动，并在所述转盘转动到位且所述滚球沿转盘在所述减震腔的周向上往复移动时限制风塔的震动。
2.根据权利要求1所述的风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器，其特征在于，所述转盘包括通过轴承与所述减震腔底部连接的滑轨，以及分设于所述滑轨短边方向的两侧上的侧板，所述滑轨的长边沿所述减震腔的内壁在所述减震腔的周向上延伸，所述滚球在所述滑轨的长边朝向与风塔的主要激励方向不一致时向任一所述侧板施加侧向力驱使所述转盘转动，并在所述滑轨的长边朝向转至与风塔的主要激励方向一致时沿所述滑轨在所述减震腔的周向上往复移动。
3.根据权利要求2所述的风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器，其特征在于，所述减震腔为开口于所述基座上端面的半球腔，所述滑轨长边方向上的两端与所述减震腔的开口持平。
4.根据权利要求2所述的风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器，其特征在于，所述滑轨为与所述减震腔内壁等距延伸的弧形轨道。
5.根据权利要求2所述的风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器，其特征在于，所述滑轮为2个，两所述滑轮分设在所述滑轨长边方向的两端上。
6.根据权利要求2所述的风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器，其特征在于，各所述侧板与所述减震腔内壁相对的一侧凸设有止挡板，所述滑轨和所述减震腔内壁间设有若干位于两所述止挡板间的滚珠，各所述滚珠分别与所述滑轨下表面和所述减震腔内壁相抵，并在所述转盘转动时限制所述转盘的转速以限制所述滚球发生圆周运动和/或混沌运动。
7.根据权利要求6所述的风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器，其特征在于，所述减震腔内壁的滚动摩擦系数为0.003m～0.004m，所述滑轨与所述滚球的接触面的滚动摩擦系数为0.002m～0.005m。
8.根据权利要求6所述的风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器，其特征在于，两所述侧板间连接有限制各所述滚珠在所述减震腔的周向上移动的限位板。
9.根据权利要求6所述的风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器，其特征在于，所述滑轨关于其与所述基座的连接处对称设置，若干所述滚珠分设在所述滑轨与所述基座连接处的相对两侧，且两侧上的各所述滚珠一一对应。
10.根据权利要求6所述的风力发电塔用的多维调谐质量阻尼器，其特征在于，所述滚球与风塔的质量比为0.025～0.035，所述滚珠与所述滚球的质量比为0.45～0.55。
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