CN114838078B - 一种用于风力发电机振动控制的放大阻尼传递系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于风力发电机振动控制的放大阻尼传递系统属于工程结构振动控制领域。悬臂桁架通过第一U型卡槽固定于风机塔筒中上部，悬臂桁架的端部通过缆索与固定于风机塔筒下部的跷板相连，跷板通过第二U型卡槽与风机塔筒下部相连，跷板的端部通过阻尼器与地面相连。本发明利用悬臂桁架将风力发电机外部横向荷载引起塔筒上部的转动变形转化为悬臂桁架端部的竖向变形，再通过缆索传递至跷板，利用跷板端部与地面之间的相对变形，带动阻尼器进行消能。本发明不仅实现了风机上部变形向底部的转换，方便阻尼器的安装，同时将风机塔筒上部的转动变形放大至跷板端部的变形，发挥阻尼器耗能减振的功效实现对风机结构动力响应的有效控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于风力发电机振动控制的放大阻尼传递系统，属于工程结构振动控制领域。
背景技术
近年来全球环境恶化和能源短缺问题愈发严重，迫使人们放缓了对传统化石燃料和资源开采的脚步，转而加快了对可持续再生资源的开发利用工作。风能是一种清洁、无污染的可再生能源，具有分布广、储量大、利用久等特点，风力发电也是目前可再生能源技术中最成熟、最具大规模商业开发条件的发电方式之一。
在陆上风电场中，风力发电机(简称风机)负责将风能收集起来并转化为人类生产生活所需的电能。最常见的风机主要由叶片、机舱、塔筒和基础等部分组成，其中塔筒不仅将机舱与地面连接，为叶片的运行提供需要的高度，而且还是支撑风机的主要结构部件。随着风电市场需求飞速增长，陆上风机为了最大限度地提高风能的利用率而逐渐向着高塔筒、长叶片、大容量的方向发展，这也给风机工程的安全运行构成了巨大挑战。风机塔筒作为一种高耸结构，其高度与横向尺寸之比的增加必然会导致侧向刚度的进一步减小，因而风机塔筒在自身运转和强风、地震等外部荷载的影响下将会产生更加频繁和剧烈的振动，进而引起风机的机械性能下降，使其面临更加严峻的动力响应问题，甚至可能引起结构共振，从而产生很高的动应力，导致结构出现强度破坏、疲劳破坏、屈曲倾覆等。另外，风机并网发电后，单机事故还会威胁到整个电网的安全，造成不可估量的损失。可见，塔筒作为风机的支撑结构，其安全稳固与否不仅直接影响风机的性能和稳定性，还关系到风电系统的整体安全。因此，如何高效、经济地降低风机塔筒结构的振动，对确保陆上风机在其使用寿命期限内的安全运行具有重要意义。
发明内容
本发明提供一种用于风力发电机振动控制的放大阻尼传递系统，其构造简单可靠、减振效果显著、工程应用前景良好，为控制风机横向振动提供一种可行的方案。本发明通过以下技术方案实现的：
一种用于风力发电机(简称风机)振动控制的放大阻尼传递系统，包括：悬臂桁架、跷板、缆索、第一U型卡槽、第二U型卡槽和阻尼器。其特征在于：所述悬臂桁架通过所述第一U型卡槽固定于风机塔筒中上部，所述悬臂桁架的端部通过所述缆索与固定于风机塔筒下部的所述跷板相连，所述跷板通过第二U型卡槽与风机塔筒下部相连，所述跷板的端部通过阻尼器与地面相连。
进一步，所述悬臂桁架包括上弦杆，竖向腹杆，斜腹杆；所述上弦杆和所述竖向腹杆的数量各为一个；所述斜腹杆的数量为两个，对称分布在所述竖向腹杆的两侧且采用节点板与竖向腹杆相连；所述上弦杆的悬臂端开有孔洞用于连接所述缆索；所述悬臂桁架可根据实际需要灵活选择杆件类型，包括但不限于诸如角钢、工字钢、方钢管、圆钢管等；所述悬臂桁架应具有足够的刚度和承载力，必要时可以增加杆件数量。
进一步，所述跷板两端开有连接销孔用于连接所述阻尼器，所述跷板上部设置耳板用于连接所述缆索；所述跷板的中心位置处设有转轮；所述跷板可绕所述转轮发生转动；所述跷板应具有满足设计要求的竖向刚度。
进一步，所述缆索的数量为两根；所述缆索采用的高强材料包括但不限于：高强度钢绞线、BFRP筋或GFRP筋；所述缆索一端连接在所述悬臂桁架端部预设孔洞上，另一端与所述跷板的耳板相连；所述缆索在安装时施加设计的预拉应变，并采取可靠的防水、防腐蚀和抗老化措施；所述缆索应具有满足设计要求的刚度和疲劳强度以保证传力的稳定性与安全性；所述缆索还应定期检查其在使用过程中是否出现松弛现象，并采取恰当措施予以张紧。
进一步，所述阻尼器的数量为两个；所述阻尼器一端与所述跷板的端部铰接连接，另一端连接到地面上；所述阻尼器包括但不限于诸如粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器、摩擦型阻尼器、金属阻尼器等具体类型。
进一步，所述缆索或所述阻尼器达到设计使用年限或发生严重损坏可进行更换。
进一步，本发明的工作原理为：当风机在外部横向荷载作用下发生横向变形时，所述悬臂桁架将风机塔筒上部的转动变形转化为所述悬臂桁架端部的竖向变形，再通过所述缆索带动所述跷板发生绕所述转轮的转动，所述阻尼器从而利用所述跷板端部与地面之间的相对变形进行消能减振。
本发明所提供的风力发电机振动控制的放大阻尼传递系统具有安全可靠、传力机制合理、结构简单、制作方便、造价较低以及工程应用前景良好等特点，不仅实现了风机上部变形向底部的转换，方便了实际工程中阻尼器的安装，同时悬臂桁架、跷板、缆索等所组成的系统，还实现了变形的放大，将风机塔筒上部的转动变形放大至跷板端部相对较大的变形，从而充分发挥阻尼器耗能减振的功效实现对风机结构动力响应的有效控制，确保陆上风机在服役期间的安全稳定运行，促进风电产业在强风和地震多发区域的长远发展。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的立体结构示意图；
图2是本发明实施例的后视图；
图3是本发明实施例的右视图；
图4是本发明实施例中悬臂桁架的主视图、俯视图和右视图；
图5是本发明实施例中跷板的主视图、俯视图和右视图；
图中标记为：1、机舱；2、叶片；3、塔筒；4、悬臂桁架；5、第一U型卡槽；6、第二U型卡槽；7、缆索；8、跷板；9、阻尼器；10、转轮；11、地面；12、上弦杆；13、竖向腹杆；14、斜腹杆；15、节点板；16、孔洞；17、连接销孔；18、耳板。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“竖向”、“斜”、“两端”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
参见附图1至附图3，本发明实施例公开了一种用于风力发电机(简称风机)振动控制的放大阻尼传递系统，包括：悬臂桁架4、跷板8、缆索7、第一U型卡槽5、第二U型卡槽6和阻尼器9。其特征在于：悬臂桁架4通过第一U型卡槽5固定于风机塔筒3中上部，悬臂桁架4的端部通过缆索7与固定于风机塔筒3下部的跷板8相连，跷板8通过第二U型卡槽6与风机塔筒3下部相连，跷板8的端部通过阻尼器9与地面11相连。
进一步，悬臂桁架4包括上弦杆12，竖向腹杆13，斜腹杆14；上弦杆12和竖向腹杆13的数量各为一个；斜腹杆14的数量为两个，对称分布在竖向腹杆13的两侧且采用节点板15与竖向腹杆13相连；上弦杆12的悬臂端开有孔洞16用于连接缆索7；本发明实施例中悬臂桁架4的所有杆件均采用方钢管；悬臂桁架4具有足够的刚度和承载力。
进一步，跷板8两端开有连接销孔17用于连接阻尼器9，跷板8上部设置耳板18用于连接缆索7；跷板8的中心位置处设有转轮10；跷板8可绕转轮10发生转动；跷板8具有满足设计要求的竖向刚度。
进一步，缆索7的数量为两根；本发明实施例中缆索7采用的高强材料为高强度钢绞线；缆索7一端连接在悬臂桁架4端部预设孔洞16上，另一端与跷板8的耳板18相连；缆索7在安装时施加设计的预拉应变，并采取可靠的防水、防腐蚀和抗老化措施；缆索7具有满足设计要求的刚度和疲劳强度以保证传力的稳定性与安全性；缆索7应定期检查其在使用过程中是否出现松弛现象，并采取恰当措施予以张紧。
进一步，阻尼器9的数量为两个；参见附图4，本发明实施例中阻尼器9采用粘滞阻尼器，其规格和性能参数根据工程实际需要进行选择；阻尼器9一端与跷板8的端部铰接连接，另一端连接到地面11上。
进一步，缆索7或阻尼器9达到设计使用年限或发生严重损坏可进行更换。
本发明实施例的各组成部件在工厂内进行加工制作，经检验合格后运输到陆上风机所在地点，依靠连接设备与加固工艺完成全部安装流程。
本发明实施例的工作原理为：当风机在外部横向荷载作用下发生横向变形时，悬臂桁架4将风机塔筒3上部的转动变形转化为悬臂桁架4端部的竖向变形，再通过缆索7带动跷板8发生绕转轮10的转动，阻尼器9从而利用跷板8端部与地面11之间的相对变形进行消能减振。
综上，本发明所提供的风力发电机振动控制的放大阻尼传递系统具有安全可靠、传力机制合理、结构简单、制作方便、造价较低以及工程应用前景良好等特点，不仅实现了风机上部变形向底部的转换，方便了实际工程中阻尼器9的安装，同时悬臂桁架4、跷板8、缆索7等所组成的系统，还实现了变形的放大，将风机塔筒3上部的转动变形放大至跷板8端部相对较大的变形，从而充分发挥阻尼器9耗能减振的功效实现对风机结构动力响应的有效控制，确保陆上风机在服役期间的安全稳定运行。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (3)
1.一种用于风力发电机振动控制的放大阻尼传递系统，其特征在于包括：悬臂桁架（4）、跷板（8）、缆索（7）、第一U型卡槽（5）、第二U型卡槽（6）和阻尼器（9）；所述悬臂桁架（4）通过所述第一U型卡槽（5）固定于风机塔筒（3）中上部，所述悬臂桁架（4）的端部通过所述缆索（7）与固定于风机塔筒（3）下部的所述跷板（8）相连，所述跷板（8）通过第二U型卡槽（6）与风机塔筒（3）下部相连，所述跷板（8）的端部通过阻尼器（9）与地面（11）相连；
所述悬臂桁架（4）包括上弦杆（12），竖向腹杆（13）和斜腹杆（14）；所述上弦杆（12）的悬臂端开有孔洞（16）用于连接所述缆索（7）；
所述跷板（8）两端开有连接销孔（17）用于连接所述阻尼器（9），所述跷板（8）上部设置耳板（18）用于连接所述缆索（7）；所述跷板（8）的中心位置处设有转轮（10）；所述跷板（8）可绕所述转轮（10）发生转动；
所述缆索（7）一端连接在所述悬臂桁架（4）端部预设孔洞（16）上，另一端与所述跷板（8）的耳板（18）相连；所述缆索（7）在安装时施加设计的预拉应变；
所述阻尼器（9）一端与所述跷板（8）的端部铰接连接，另一端连接到地面（11）上；所述上弦杆和所述竖向腹杆的数量各为一个；所述斜腹杆的数量为两个，对称分布在所述竖向腹杆的两侧且采用节点板与竖向腹杆相连；所述上弦杆的悬臂端开有孔洞用于连接所述缆索。
2.根据权利要求1的放大阻尼传递系统，其特征在于：所述缆索（7）或所述阻尼器（9）达到设计使用年限或发生严重损坏可进行更换。
3.根据权利要求1的放大阻尼传递系统，其特征在于：当风力发电机在外部横向荷载作用下发生横向变形时，所述悬臂桁架（4）将风机塔筒（3）上部的转动变形转化为所述悬臂桁架（4）端部的竖向变形，再通过所述缆索（7）带动所述跷板（8）发生绕所述转轮（10）的转动，所述阻尼器（9）从而利用所述跷板（8）端部与地面（11）之间的相对变形进行消能减振。
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