CN114909010B - 调谐气压液柱阻尼器和塔筒 - Google Patents

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Abstract

本公开提供的调谐气压液柱阻尼器和塔筒，包括外壳，其内设有顶板和底板；位于外壳内顶板和底板之间的内壳，且内壳的一端被顶板封堵；均匀分布于外壳与内壳的侧壁之间的若干隔板，且隔板的两端分别与内壳的两端齐平；填充于内壳、外壳与相邻隔板间以及内壳与底板间的液体；设置在隔相邻两隔板间的外壳侧壁上的气压调节单元；设置在外壳上的振动传感器；与气压调节单元和振动传感器连接的控制器。本阻尼器通过水位、气压调节频率，可实现受控结构的多向减振，且能消除阻尼器的液体给受控结构内的机械元件带来受潮、锈蚀、腐蚀等负面的影响。

Description

调谐气压液柱阻尼器和塔筒
技术领域
本公开属于振动控制技术领域，特别涉及一种调谐气压液柱阻尼器和具有该调谐气压液柱阻尼器的塔筒。
背景技术
深远海风力发电机组所处的环境具有海床地质条件特殊、水文气象环境、载荷情况和运行情况复杂多变的特点，其振动特性需要深入的理论分析、数值仿真和试验研究。气动载荷、波浪荷载、结构自重荷载的共同作用导致机组沿首尾方向和侧方向循环振动弯曲；台风作用、偏航情况下的机组振动很可能超过安全标准，以上因素显著影响着海上风电结构的工作状态和疲劳损伤，因此需要密切关注海上风机塔筒的结构安全。现有的风电振动控制技术基本为被动控制技术，即控制系统的参数不能实时调整。类似地，当通信塔、烟囱、导管架和高桩承台过渡段等处于复杂工作环境时也存在上述问题。
调谐液柱阻尼器(Tuned Liquid Column Damper，TLCD)通常为U型的矩形水箱，水箱中盛满液体，通过调节液体长度使得TLCD频率接近受控对象的频率，振动时依靠液体运动和边界层中的粘性作用导致的液体水头损失而实现消能。一般的TLCD只能控制结构单一方向的振动响应，而对风力发电机组影响最主要的风荷载、浪荷载、地震荷载等荷载的输入方向具有不确定性，因此无法实现风力发电机组的多方向减振耗能。另外，一般的TLCD采用被动控制策略，不能根据风力发电机组自振特性的变化动态改变调谐频率，从而导致控制效率的降低。
发明内容
本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本公开第一方面实施例提供的调谐气压液柱阻尼器，通过水位、气压进行阻尼器调频，实现对风电结构的多向减振耗能，该调谐气压液柱阻尼器包括：
外壳，所述外壳内设有底板和顶板；
内壳，所述内壳位于所述外壳内的所述底板和所述顶板之间，且与所述外壳同心设置，所述内壳远离所述底板的一端通过所述顶板封堵，所述内壳靠近所述底板的一端为封闭端；
若干隔板，若干所述隔板均匀分布于所述外壳的侧壁与所述内壳的侧壁之间，且所述隔板的两端分别与所述内壳的两端齐平；
液体，所述液体填充于所述内壳、所述外壳与相邻所述隔板之间以及所述内壳的封闭端与所述底板之间；
振动传感器，用于获取受控结构的振动信号；
若干气压调节单元，若干所述气压调节单元位于相邻两隔板间的所述顶板下方的所述外壳侧壁上且沿外壳侧壁周向均匀布设，各所述气压调节单元用于调节相应的相邻两隔板内液体的自由液面上方的空气与外壳外部的空气间的气压差；和
控制器，所述控制器用于根据所述振动传感器获取的受控结构的振动信号识别受控结构的自振频率，以此控制所述气压调节单元，使相邻两隔板内液体的自由液面上方的空气与外壳外部的空气间的气压差为相应值，从而改变所述调谐气压液柱阻尼器的调谐频率。
本公开第一方面实施例提供的调谐气压液柱阻尼器，具有以下特点及有益效果：
通过外壳、气压调节单元、底板、内壳、若干隔板、顶板和液体的设置，利用水位和气压的变化进行阻尼器调频，克服常规阻尼器只能控制单一方向振动以及自振频率不可而调节的局限性，实现受控结构的多向减振耗能，降低受控结构的疲劳荷载，延长受控结构的使用寿命。进一步地，顶板的设置，本阻尼器内液体的蒸发和飞溅不会给受控结构内机械元件带来受潮、腐蚀、锈蚀等负面影响，保障了受控结构内机械元件的工作效率和使用寿命。
在一些实施例中，所述气压调节单元包括相连接的储气罐和气压阀，所述储气罐具有通气口，在所述外壳侧壁的相应位置处设有与所述通气口尺寸相同的气孔，所述通气口与相应的所述气孔连接。
在一些实施例中，将每相邻两所述隔板之间形成的用于填充所述液体的部分定义为相应的一个子腔体；
对于所有所述子腔体，沿激励方向构建平行的分隔线，且各分隔线的两端位于相应的一个子腔体的竖直段液柱的形心上，按照各分隔线的长度由大到小依次对各竖直段液柱进行分组编号，记为1，2，…,n，且除第一组中含有两个竖直段液柱外，其余分组中均分别含有四个竖直段液柱，则所述调谐气压液柱阻尼器内液体的自振频率ωf通过下式计算得到：
Figure BDA0003601041220000021
Figure BDA0003601041220000022
Figure BDA0003601041220000023
Figure BDA0003601041220000024
αj＝Hj/H1
η＝AV/AH
AV＝π(R1 2-R2 2)/N
AH＝2R1B/(2n-1)
式中，V为所述调谐气压液柱阻尼器中单侧竖直段液体的长度；Hj为所述调谐气压液柱阻尼器的第j条分隔线的长度；η为所述调谐气压液柱阻尼器中液体的竖直段和水平段的等效横截面面积比；h为所述调谐气压液柱阻尼器中单侧竖直段液体上方的气柱长度；p为液体上方的气体的压强，初始压强设为标准大气压；ρ为液体的密度；γ为液体上方的气体的比热比；AV和AH分别为等效竖直段横截面面积和等效水平段横截面面积；αj为第j条分隔线的长度Hj与第一条分隔线的长度H1的比值；R1和R2分别为底板和内壳的半径，且R1＞R2；B为底板与内壳底部的距离；g为重力加速度；αi *和α'为修正系数；n，αi *的取值如下表所示：
N n α* α′
6 2 0.833 1.333
8 2 0.854 1.207
10 3 0.847 1.294
12 3 0.850 1.244。
在一些实施例中，所述外壳和所述内壳均呈圆柱形。
在一些实施例中，所述内壳的侧壁与所述外壳的侧壁之间的净距为所述外壳内直径的10％～40％，所述内壳的封闭端至所述底板的垂直距离为所述底板直径的10％～40％，所述液体的质量为受控结构被控模态质量的0.5％～10％，所述隔板的个数N为正偶数，且满足：6≤N≤12。
在一些实施例中，所述外壳、所述底板、所述内壳、所述隔板和所述顶板上与所述液体接触的部分，分别覆盖耐腐蚀层。
在一些实施例中，所述调谐气压液柱阻尼器还包括检修通道和检修爬梯；所述检修通道包括由在所述底板、所述内壳的封闭端处开设的检修孔以及连接所述检修孔的筒状结构形成的底部通道和在所述顶板上开设的检修孔；所述检修爬梯设置在所述内壳的内侧壁上。
在另一些实施例中，所述调谐气压液柱阻尼器还包括检修通道和检修爬梯；所述检修通道为由任意两相邻的所述隔板以及位于该两相邻所述隔板间的所述外壳侧壁和所述内壳侧壁围合形成的区域，在该区域正对的所述底板和所述顶板上分别开设检修孔，并将该两相邻的所述隔板以及该两相邻所述隔板间的内壳侧壁延伸至与所述底板相接处；所述检修爬梯设置在所述检修通道内。
在一些实施例中，所述调谐气压液柱阻尼器设置于所述受控结构上振动最为剧烈的位置处。
本公开第二方面实施例提供的塔筒，包括塔筒本体和根据本公开第一方面实施例任一项所述的调谐气压液柱阻尼器，其中，将所述塔筒本体作为所述调谐气压液柱阻尼器内的所述外壳。
附图说明
图1为本公开第一方面实施例提供的调谐气压液柱阻尼器的结构示意图。
图2和图3分别为图1所示调谐气压液柱阻尼器的正视图和俯视图。
图4为图2所示调谐气压液柱阻尼器在A-A截面上的剖视图。
图5为图3所示调谐气压液柱阻尼器在B-B截面上的剖视图。
图6为图3所示调谐气压液柱阻尼器在C-C截面上的剖视图。
图7为图1所示调谐气压液柱阻尼器中气压调节单元的结构示意图。
图8中(a)～(d)为本公开第一方面实施例提供的具有不同隔板数量阻尼器的横截面示意图，隔板数量N分别为6、8、10和12。
图9为本公开第一方面另一实施例提供的调谐气压液柱阻尼器的结构示意图。
图10和图11分别为图9所示调谐气压液柱阻尼器的正视图和俯视图。
图12为图10所示调谐气压液柱阻尼器在D-D截面上的剖视图。
图13为图11所示调谐气压液柱阻尼器在E-E截面上的剖视图。
图中标号：
1—外壳；2—振动传感器；3—气压调节单元；31—储气罐；32—气压阀；4—底板；5—内壳；6—隔板；7—顶板；8—液体；91—底部通道，92—检修孔；101—顶部通道，102—检修孔。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，并不用于限定本申请。
相反，本申请涵盖任何由权利要求定义的在本申请精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本申请有更好的了解，在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。
参见图1～图7，本公开第一方面实施例提供的调谐气压液柱阻尼器，包括：
外壳1，外壳1内设有底板4和顶板7；
内壳5，位于外壳1内的底板4和顶板7之间，且与外壳1同心设置，内壳5远离底板4的一端通过顶板7封堵，内壳5靠近底板4的一端为封闭端；
若干隔板6，若干隔板6位于外壳1的侧壁与内壳3的侧壁之间并沿外壳1侧壁周向均匀布设，隔板6的两端分别与内壳5的两端齐平；
液体8，液体8填充于内壳5、外壳1与相邻隔板6之间以及内壳5的封闭端与底板4之间；
振动传感器2，振动传感器2布设在外壳1的侧壁上，用于获取受控结构的振动信号；
若干气压调节单元3，若干气压调节单元3位于相邻两隔板6间的顶板7下方的外壳1侧壁上且沿外壳1侧壁周向均匀布设，各气压调节单元3用于调节相应的相邻两隔板6内液体8的自由液面上方的空气与外壳1外部的空气间的气压差；和
控制器(该控制器在图中未示意出)，控制器与振动传感器2和各气压调节单元3连接，用于根据振动传感器2获取的受控结构的振动信号识别受控结构的自振频率，以此控制气压调节单元3，使相邻两隔板6内液体8的自由液面上方的空气与外壳1外部的空气间的气压差为相应值，从而改变本调谐气压液柱阻尼器的调谐频率。
在一些实施例中，外壳1呈圆柱形，将外壳1设置在受控结构(指具有圆形截面的空心结构，如风力发电机组的塔筒、通信塔、烟囱、导管架、高桩承台过渡段和单桩桩顶等)的振动最为剧烈的位置处(一般为受控结构的顶部)，可以最大化液体8的振荡作用，从而产生最优的振荡回复力和阻尼力，以达到最优的减振控制效果。底板4呈圆形，底板4的直径与外壳1的内直径相同，将底板4固定在外壳1的内侧壁上。
在一些实施例中，内壳5呈圆柱形，内壳5的侧壁与外壳1的侧壁之间的净距根据液体的8质量设置，一般控制在外壳1内直径的10％～40％。内壳5的封闭端至底板4的垂直距离根据液体8的质量设置，一般控制在底板4直径的10％～40％。
在一些实施例中，当受控结构受到外界荷载(如风荷载、浪荷载、地震荷载等)时，本调谐气压液柱阻尼器内的液体8随着受控结构的来回振动而振荡，液体8的振荡回复力和边界层中的粘性作用导致的阻尼力可降低受控结构的动力响应，改善受控结构的阻尼特性，实现受控结构的多方向减振，保证受控结构的长期安全运行。
在一些实施例中，液体8可采用纯净水、海水，或粘性液体，如油、甘油等。液体8的水平段填充于底板4和内壳5的封闭端之间，液体8的竖直段填充于外壳1内侧、底板4、内壳5外侧和隔板6之间。液体8的质量应为受控结构被控模态质量的0.5％～10％，在此范围内阻尼器具有较高的控制效率且阻尼器自重对受控结构的影响较小。
在一些实施例中，由于顶板7的设置，本阻尼器中液体8的蒸发和飞溅不会给受控结构内的机械元件带来受潮、腐蚀、锈蚀等负面影响，保障了受控结构的工作效率和使用寿命。
在一些实施例中，设置在外壳1与内壳5的侧壁之间的隔板6的个数N应为正偶数，6≤N≤12，如1所示阻尼器中，设有N＝8个隔板。通过设置若干隔板6，将外壳1和内壳5的侧壁之间均分分隔为N个容纳腔，在采用具有圆形截面的外壳1的前提下，设置N个隔板6后，本质上可以看成是由多个对称布置的U型液柱阻尼器共同构成的整体呈圆环状的液柱阻尼器，由于圆环的形状在水平各方向上具有对称性，因此无论外界荷载从哪一个方向作用于受控结构，液体8均可以在荷载方向上来回振荡耗散能量，这实现了受控结构的多方向振动控制。
进一步地，隔板6为矩形，各隔板6围绕内壳5的轴线互成45°角发散布置，均匀地分布于外壳1和内壳5之间。
在一些实施例中，考虑到受到外界环境荷载、结构长期运行动力特性变化等因素的影响，受控结构的自振频率会随运行工况而动态变化，通过设置振动传感器2和若干气压调节单元3，保证本阻尼器的频率始终接近于受控结构的自振频率，从而避免了频率失调谐现象的发生。
进一步地，各气压调节单元3的结构相同，均分别包括储气罐31和两个气压阀32，储气罐31具有第一通气口和第二通气口，两个气压阀32分别设置在储气罐31的第一通气口和第二通气口上，在外壳1侧壁的相应位置处设有与各储气罐31的第一通气口尺寸相同的气孔，各储气罐31的第一通气口与相应的气孔连接，通过各气压阀32实现相应的相邻两隔板6内液体8的自由液面上方的空气与外壳1外部的空气间的交换，以此调节相邻两隔板6内液体8的自由液面上方的气压，最终使得液体8的振荡自振频率接近于受控结构的自振频率。具体地，控制器控制振动传感器2按照一定频率采集受控结构的振动信号，实时分析得到受控结构的自振频率，根据该自振频率确定各竖直液柱上方的气压变化值，将该气压变化值转化为气压阀32的工作信号，由气压阀32作出响应后，即可实现液体自振频率的调节。
进一步地，在外壳1的内侧壁上布置振动传感器2，采集受控结构水平方向的振动信号。
进一步地，参见图8中(a)～(d)，对本公开第一方面实施例提供的调谐气压液柱阻尼器的自振频率的设计进行如下说明：
将每两个相邻的隔板6之间形成的用于填充液体8的部分称为一个子腔体。
对于容纳液体的子腔体，沿激励方向构建平行的分隔线，且各分隔线的两端(对于图1所示阻尼器为上下端)位于相应的一个子腔体的竖直段液柱的形心上，按照各分隔线的长度由大到小依次对各竖直段液柱进行分组编号，记为1，2，…,n，且除第一组中含有两个竖直段液柱外，其余分组中均分别含有四个竖直段液柱，则阻尼器内液体的自振频率ωf通过下式计算得到：
Figure BDA0003601041220000071
Figure BDA0003601041220000072
Figure BDA0003601041220000073
Figure BDA0003601041220000074
αj＝Hj/H1
η＝AV/AH
AV＝π(R1 2-R2 2)/N
AH＝2R1B/(2n-1)
式中，V为本阻尼器中单侧竖直段液体的长度；Hj为本阻尼器的第j条分隔线的长度；η为本阻尼器中液体的竖直段和水平段的等效横截面面积比；h为本阻尼器中单侧竖直段液体上方的气柱长度；p为液体上方的气体的压强，初始压强设为标准大气压；ρ为液体的密度；γ为液体上方的气体的比热比；AV和AH分别为等效竖直段横截面面积和等效水平段横截面面积；αj为第j条分隔线的长度Hj与第一条分隔线的长度H1的比值；R1和R2分别为底板4和内壳5的半径，且R1>R2；B为底板4与内壳5底部的距离；g为重力加速度；αi *和α'为修正系数；n，αi *的取值如下表所示：
N n α* α′
6 2 0.833 1.333
8 2 0.854 1.207
10 3 0.847 1.294
12 3 0.850 1.244
在初始状态下，可以在标准大气压即p＝1.01×105Pa条件下调整各子腔体内的水位高度对应至受控结构的设计自振频率；在运行阶段，通过储气罐31、气压阀32调节液体8的自由液面以上的气压值，使阻尼器的自振频率调整至受控结构工作期间的真实自振频率，实现多方向高效调谐减振。合理调整气压可以使得本调谐气压液柱阻尼器的应用更为灵活。
在一些实施例中，外壳1、底板4、内壳5、N个隔板6、顶板7、储气罐31和气压阀32均由钢制成，且与液体8接触的部分覆盖耐腐蚀的保护层，例如矿物性油脂、油漆或耐腐蚀金属等。
在一个实施例中，将本公开实施例提供的调谐气压液柱阻尼器设置在风力发电机组的塔筒顶部，即接近机舱的位置，此时，调谐气压液柱阻尼器的外壳1替换为塔筒的筒体，即直接由塔筒的筒体作为外壳1。本实施例利用了风力发电机的塔筒的圆形截面，本质上可以看成是由多个对称布置的U型液柱阻尼器共同构成的整体呈圆环状液柱阻尼器，由于圆环的形状在水平各方向上具有对称性，因此无论外界荷载(如风荷载、浪荷载、地震荷载等)从哪一个方向作用于风力发电机组，液体8均可以在荷载方向上来回振荡耗散能量，这实现了风力发电机组的多方向振动控制。同时，受到流固耦合作用、基础冲刷作用、机组长期运行动力特性变化等因素的影响，海上风力发电机组的自振频率随运行工况而动态变化，根据振动传感器2识别的风力发电机组的自振频率，利用储气罐31和气压阀32动态调节液体8的自振频率，使得本阻尼器在各个方向上都始终处于调谐的状态，而不发生频率失调谐的现象。这克服了被动型阻尼器不能适应环境和结构参数变化的缺点，利用半主动控制方法动态调整阻尼器的自振频率，通过阻尼器的自适应性应对深海环境和机组振动状态的不确定性，实现高耸塔筒结构的半主动、多方向减振耗能，降低塔筒的疲劳荷载，延长使用寿命。阻尼器的质量选取原则是：液体8的质量为风力发电机组被控模态质量的0.5％～10％。
进一步地，本公开提供的调谐气压液柱阻尼器还包括检修通道和检修爬梯(检修爬梯在图中未示意出)。参见图1～图7，当工作人员需要对风力发电机组进行检修维护时，需要在塔筒内进行上下攀爬，在底板4、内壳5的封闭端以及顶板7的相对位置处分别开设检修孔，其中，由底板4、内壳5的封闭端处的检修孔以及连接该两个检修孔的筒状结构形成底部通道91，底部通道91内不填充液体，设置在顶板7处的检修孔作为顶部通道101，底部通道91和顶部通道101的设置为塔筒内的上下交通预留了足够的空间。因此，本实施例的调谐气压液柱阻尼器不影响塔筒内部的上下交通。当底部通道91位于内壳5的底部外轮廓以内时，底部通道91设置成圆形截面可以降低液体8绕流过程中的阻力，此时底部通道91和顶部通道101均设置为圆形。检修爬梯设置在内壳5的内侧壁上。
在另一些实施例中，参见图9～图13，将任一相邻的两隔板6所围合的底板4与顶板7区域开设检修孔92和102，同时将该相邻的两隔板6及与此对应的内壳5侧壁向下延伸至底板4，将该相邻的两隔板6以及与此对应的内壳5和外壳1的侧壁围合形成的空间作为检修通道，检修爬梯(检修爬梯在图中未示意出)设置在该检修通道内。需要说明的是，该检修通道内无液体，且不设置气压调节单元3。
本公开实施例提供的调谐气压液柱阻尼器的工作原理为：
通过振动传感器采集的信号实时识别受控结构的自振频率，当识别出来的结构自振频率高于阻尼器的调谐频率时，通过气压调节单元3增大液体8自由液面上方的气压，提高阻尼器的调谐频率；相反地，当识别出来的受控结构的自振频率低于阻尼器的调谐频率时，通过气压调节单元3减小液体8自由液面上方的气压，降低阻尼器的调谐频率。通过实时识别、动态调整的方法实现半主动控制。
本公开第二方面实施例提供的塔筒，包括塔筒本体和本公开第一方面实施例提供的调谐气压液柱阻尼器，其中，将塔筒本体作为所述调谐气压液柱阻尼器内的外壳1。
综上所述，本公开实施例提供的调谐气压液柱阻尼器和塔筒，具有以下特点和有益效果：
1、通过外壳、气压调节单元、底板、内壳、若干隔板、顶板和液体的设置，利用水位和气压的变化进行阻尼器调频，克服常规阻尼器只能控制单一方向振动以及自振频率不可而调节的局限性，实现受控结构的多向减振耗能，降低受控结构的疲劳荷载，延长受控结构的使用寿命。进一步地，顶板的设置，本阻尼器内液体的蒸发和飞溅不会给受控结构内机械元件带来受潮、腐蚀、锈蚀等负面影响，保障了受控结构内机械元件的工作效率和使用寿命。
2、结合受控结构具有圆形截面的特点，其在水平面内两个正交方向上具有几乎相同的自振频率，本公开实施例的调谐气压液柱阻尼器在各个方向具有相同的自振频率，因此可以实现在水平各方面的最优调谐振动控制。
3、在受控结构内部安装本公开实施例的调谐气压液柱阻尼器是减轻服役期间所受循环荷载导致的结构振动的一种可行、简便、有效的方法。
4、由于检修通道和检修爬梯的设置，预留出垂直通道，克服了TLCD水平段液体阻碍工作人员进入受控结构进行检修维护，造成其内交通不便的问题。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本公开的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本公开的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本公开的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种调谐气压液柱阻尼器，其特征在于，包括：
外壳(1)，所述外壳(1)内设有底板(4)和顶板(7)；
内壳(5)，所述内壳(5)位于所述外壳(1)内的所述底板(4)和所述顶板(7)之间，且与所述外壳(1)同心设置，所述内壳(5)远离所述底板(4)的一端通过所述顶板(7)封堵，所述内壳(5)靠近所述底板(4)的一端为封闭端；
若干隔板(6)，若干所述隔板(6)均匀分布于所述外壳(1)的侧壁与所述内壳(5)的侧壁之间，且所述隔板(6)的两端分别与所述内壳(5)的两端齐平；
液体(8)，所述液体(8)填充于所述内壳(5)、所述外壳(1)与相邻所述隔板(6)之间以及所述内壳(5)的封闭端与所述底板(4)之间；
振动传感器(2)，用于获取受控结构的振动信号；
若干气压调节单元(3)，若干所述气压调节单元(3)位于相邻两隔板(6)间的所述顶板(7)下方的所述外壳(1)侧壁上且沿外壳(1)侧壁周向均匀布设，各所述气压调节单元(3)用于调节相应的相邻两隔板(6)内液体(8)的自由液面上方的空气与外壳(1)外部的空气间的气压差；和
控制器，所述控制器用于根据所述振动传感器(2)获取的受控结构的振动信号识别受控结构的自振频率，以此控制所述气压调节单元(3)，使相邻两隔板(6)内液体(8)的自由液面上方的空气与外壳(1)外部的空气间的气压差为相应值，从而改变所述调谐气压液柱阻尼器的调谐频率。
2.根据权利要求1所述的调谐气压液柱阻尼器，其特征在于，所述气压调节单元(3)包括相连接的储气罐和气压阀，所述储气罐具有通气口，在所述外壳(1)侧壁的相应位置处设有与所述通气口尺寸相同的气孔，所述通气口与相应的所述气孔连接。
3.根据权利要求1所述的调谐气压液柱阻尼器，其特征在于，将每相邻两所述隔板(6)之间形成的用于填充所述液体(8)的部分定义为相应的一个子腔体；
对于所有所述子腔体，沿激励方向构建平行的分隔线，且各分隔线的两端位于相应的一个子腔体的竖直段液柱的形心上，按照各分隔线的长度由大到小依次对各竖直段液柱进行分组编号，记为1，2，…，n，且除第一组中含有两个竖直段液柱外，其余分组中均分别含有四个竖直段液柱，则所述调谐气压液柱阻尼器内液体的自振频率ωf通过下式计算得到：
Figure QLYQS_1
Figure QLYQS_2
Figure QLYQS_3
Figure QLYQS_4
αj＝Hj/H1
η＝AV/AH
AV＝π(R1 2-R2 2)/N
AH＝2R1B/(2n-1)
式中，V为所述调谐气压液柱阻尼器中单侧竖直段液体的长度；Hj为所述调谐气压液柱阻尼器的第j条分隔线的长度；η为所述调谐气压液柱阻尼器中液体的竖直段和水平段的等效横截面面积比；h为所述调谐气压液柱阻尼器中单侧竖直段液体上方的气柱长度；p为液体上方的气体的压强，初始压强设为标准大气压；ρ为液体的密度；γ为液体上方的气体的比热比；AV和AH分别为等效竖直段横截面面积和等效水平段横截面面积；αj为第j条分隔线的长度Hj与第一条分隔线的长度H1的比值；R1和R2分别为底板(4)和内壳(5)的半径，且R1＞R2；B为底板(4)与内壳(5)底部的距离；g为重力加速度；αi *和α′为修正系数；n，αi *的取值如下表所示：
N n α* α′ 6 2 0.833 1.333 8 2 0.854 1.207 10 3 0.847 1.294 12 3 0.850 1.244。
4.根据权利要求1所述的调谐气压液柱阻尼器，其特征在于，所述外壳(1)和所述内壳(5)均呈圆柱形。
5.根据权利要求1所述的调谐气压液柱阻尼器，其特征在于，所述内壳(5)的侧壁与所述外壳(1)的侧壁之间的净距为所述外壳(1)内直径的10％～40％，所述内壳(5)的封闭端至所述底板(4)的垂直距离为所述底板(4)直径的10％～40％，所述液体(8)的质量为受控结构被控模态质量的0.5％～10％，所述隔板(6)的个数N为正偶数，且满足：6≤N≤12。
6.根据权利要求1所述的调谐气压液柱阻尼器，其特征在于，所述外壳(1)、所述底板(4)、所述内壳(5)、所述隔板(6)和所述顶板(7)上与所述液体(8)接触的部分，分别覆盖耐腐蚀层。
7.根据权利要求1所述的调谐气压液柱阻尼器，其特征在于，所述调谐气压液柱阻尼器还包括检修通道和检修爬梯；所述检修通道包括由在所述底板(4)、所述内壳(5)的封闭端处开设的检修孔以及连接所述检修孔的筒状结构形成的底部通道和在所述顶板(7)上开设的检修孔；所述检修爬梯设置在所述内壳(5)的内侧壁上。
8.根据权利要求1所述的调谐气压液柱阻尼器，其特征在于，所述调谐气压液柱阻尼器还包括检修通道和检修爬梯；所述检修通道为由任意两相邻的所述隔板(6)以及位于该两相邻所述隔板(6)间的所述外壳(1)侧壁和所述内壳(5)侧壁围合形成的区域，在该区域正对的所述底板(4)和所述顶板(7)上分别开设检修孔，并将该两相邻的所述隔板(6)以及该两相邻所述隔板间的内壳(5)侧壁延伸至与所述底板(4)相接处；所述检修爬梯设置在所述检修通道内。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的调谐气压液柱阻尼器，其特征在于，所述调谐气压液柱阻尼器设置于所述受控结构上振动最为剧烈的位置处。
10.一种塔筒，其特征在于，包括塔筒本体和根据权利要求1～8中任一项所述的调谐气压液柱阻尼器，其中，将所述塔筒本体作为所述调谐气压液柱阻尼器内的所述外壳(1)。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116044954B (zh) * 2023-01-29 2023-08-04 兰州理工大学 一种双向调谐波纹液柱阻尼器及其安装方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01263374A (ja) * 1988-04-14 1989-10-19 Shimizu Corp スロッシングダンパーの制御装置
CN103541458A (zh) * 2013-11-08 2014-01-29 同济大学 一种新型调谐液体阻尼器
CN103669631A (zh) * 2013-09-10 2014-03-26 杭州健而控科技有限公司 一种新型的具有阻尼和频率双重调节功能的调谐气液柱阻尼器及结构振动控制系统
CN109826334A (zh) * 2019-03-12 2019-05-31 清华大学 一种圆柱形调谐液柱阻尼器
CN112554359A (zh) * 2020-11-17 2021-03-26 同济大学 一种利用半主动调频ptlcd控制保护的海上风力发电高塔
CN112761401A (zh) * 2021-01-13 2021-05-07 清华大学 一种多层圆环形调谐液柱阻尼器

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11629518B2 (en) * 2017-02-28 2023-04-18 Hummingbird Kinetics LLC Tuned liquid damper with a membrane liquid-gas interface

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01263374A (ja) * 1988-04-14 1989-10-19 Shimizu Corp スロッシングダンパーの制御装置
CN103669631A (zh) * 2013-09-10 2014-03-26 杭州健而控科技有限公司 一种新型的具有阻尼和频率双重调节功能的调谐气液柱阻尼器及结构振动控制系统
CN103541458A (zh) * 2013-11-08 2014-01-29 同济大学 一种新型调谐液体阻尼器
CN109826334A (zh) * 2019-03-12 2019-05-31 清华大学 一种圆柱形调谐液柱阻尼器
CN112554359A (zh) * 2020-11-17 2021-03-26 同济大学 一种利用半主动调频ptlcd控制保护的海上风力发电高塔
CN112761401A (zh) * 2021-01-13 2021-05-07 清华大学 一种多层圆环形调谐液柱阻尼器

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