CN202833843U - 用于风力发电机的减振系统及风力发电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于风力发电机的减振系统及风力发电机，所述减振系统包括支撑装置和设置在所述支撑装置上的质量总成装置，在所述质量总成装置和所述风力发电机的塔筒内壁之间连接有阻尼器，在所述质量总成装置和支撑装置之间设置有滚动装置，以使所述质量总成装置能够沿其所在平面的任意方向运动。所述减振系统能够根据所述风力发电机的振动方向的改变同时自动调节所述质量总成装置的运动方向，并保持两种运动的方向和频率实时一致，显著提高了减振性能，降低了所述风力发电机内部机械和电气部件的疲劳破坏，提高了使用寿命。此外，本实用新型还公开了一种包括上述减震系统的风力发电机。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力发电领域，特别涉及一种用于风力发电机的调谐质量阻尼减振系统。此外，本实用新型还涉及包括上述调谐质量阻尼减振系统的风力发电机。
背景技术
风力发电机的支撑结构（即，塔筒）竖直设置，在支撑结构的上方设置有发电机组。支撑结构的尺寸较高大，大多为细长形结构，其柔度较大。当风力发电机受到横向载荷（多为风载荷）或瞬态冲击载荷（多为阵风或者机组紧急停机）的情况下，风力发电机会产生幅度较大的振动，这有可能对发电机组内部的机械和电气结构造成一定的安全威胁和破坏，从而加速发电机组的疲劳破坏。因此，风力发电机上都设置有减振系统，以减小风力发电机的振动，提高风机整体的使用寿命。
风力发电机主要采用结构振动机理进行减振，目前，应用较为广泛、技术较为成熟的减振控制系统为TMD系统（调谐质量阻尼减振系统）。TMD系统的主要包括质量总成装置、与塔筒筒壁和质量总成装置连接的阻尼器以及支撑装置，其中，支撑装置通过导轨支撑质量总成装置并且通过驱动电机的驱动而旋转，驱动电机与控制系统连接，控制系统根据风力发电机的偏航信号对驱动电机的动作进行控制，以使导轨的延伸方向以及质量总成装置的运动方向与风力发电机的振动方向保持一致，从而实现对风力发动机的减振。
由于驱动电机在对导轨的方向进行调节时，需要利用检测装置实时检测风力发电机的偏航方向，通过该检测信号对质量总成装置的运动进行控制。然而，风力发电机通常都安装在恶劣的野外环境中，且风力发电机所承受的风载多为交变载荷，振动频率较高，导致质量总成装置的运动相对于风向的改变和风力发电机的振动之间存在一定的滞后性，这样不能准确地保证质量总成装置的运动方向与风向和风机的振动方向之间保持一致，影响了减振系统的减振性能；此外，若检测装置出现故障，不能对风向进行正常检测时，减振系统接收不到任何信号，将完全失效。同时，TMD减振系统需要利用驱动电机对质量总成装置的运动方向进行实时调节，若风力发电机无法为驱动电机提供外部电源时，减振系统也会失效，无法起到减振的作用，将严重影响风力发电机的使用寿命，加速各个部件的疲劳损坏。
因此，如何使质量总成装置的运动方向时时与风力发电机的振动方向一致，提高调谐质量阻尼减振系统的减振性能和风力发电机的使用寿命是本领域技术人员需要解决的技术问题。
实用新型内容
将在接下来的描述中部分阐述本实用新型总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本实用新型总体构思的实施而得知。
本实用新型的目的在于提供一种用于能够显著提高减振性能和风力发电机部件的使用寿命的用于风力发电机的减振系统。此外，本实用新型的目的还在于提供一种包括上述减振系统的风力发电机。
为实现上述目的，本实用新型提供一种用于风力发电机的减振系统，所述减振系统包括支撑装置和设置在所述支撑装置上的质量总成装置，在所述质量总成装置和所述风力发电机的塔筒内壁之间连接有阻尼器，在所述质量总成装置和支撑装置之间设置有滚动装置，以使所述质量总成装置能够沿其所在平面的任意方向运动。
优选地，所述滚动装置可以为滚球，在所述质量总成装置的底部或所述支撑装置的上表面上设置有与容纳所述滚球的一部分的凹槽，所述滚球设置在所述凹槽中。
优选地，所述滚动装置可以包括至少六个所述滚球。
优选地，所述滚动装置可以为安装在所述质量总成装置底部的万向滚轮。
优选地，所述滚动装置可以包括至少六个所述万向滚轮。
优选地，所述支撑装置可以为固定地安装在风力发电机的塔筒内的平板。
优选地，所述减振系统可以进一步包括设置在所述质量总成装置外围的限位装置，以对所述质量总成装置的运动范围进行限定。
优选地，所述限位装置可以为固定连接在所述支撑装置上的环形挡板。
优选地，所述质量总成装置与所述风力发电机的塔筒之间设置有至少六个阻尼器。
本实用新型还提供一种风力发电机，包括塔筒，所述塔筒内上部设置有上述减振系统。
本实用新型所提供的减振系统的所述质量总成装置在所述滚动装置的支撑下能够在所述支撑装置上沿任意方向滚动，而滚动摩擦系数相对较小，使得所述质量总成装置对振动的敏感度较高；在所述风力发电机的振动方向随着风向或其他交变横向载荷发生改变时，所述质量总成装置能够自动响应振动方向的变化，同时调节自身运动方向，使自身运动方向时时与振动方向保持一致，并在所述支撑装置上通过滚动装置的滚动沿振动方向进行控振，实现最佳减振效果。
本实用新型所提供的减振系统能够根据风力发电机的振动方向的改变同时自动调节所述质量总成装置的运动方向，并保持两种运动的方向和频率实时一致，不再需要事先检测所述风力发电机的振动方向，也不需要外设的驱动装置带动所述质量总成装置调整运动方向，一方面显著提高了所述减振系统的减振性能，降低了所述风力发电机内部机械和电气部件的疲劳破坏，提高了使用寿命；另一面大大简化了所述减振系统的结构。
附图说明
通过下面结合附图对实施例进行的描述，本实用新型的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，其中：
图1为根据本实用新型的实施例的减振系统的正视结构示意图；
图2为图1所示的减振系统的俯视结构示意图。
具体实施方式
本实用新型的核心在于提供一种用于风力发电机的减振系统，该减振系统显著提高了风力发电机的减振性能和使用寿命。此外，本实用新型的核心还在于提供一种包括上述减振系统的风力发电机。
下面结合附图对本实用新型所提供的风力发电机及其减振系统进行具体的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同部件。
请参考图1和图2，图1为根据本实用新型的实施例的减振系统的正视结构示意图；图2为图1所示的减振系统的俯视结构示意图。
本实用新型所提供的用于风力发电机的减振系统包括：水平设置在风力发电机的塔筒内部的支撑装置1、质量总成装置5和阻尼器4，其中，支撑装置1与塔筒内壁8固定连接。
质量总成装置5设置在支撑装置1上，质量总成装置5包括有多个上下依次叠加的质量块和设置在质量块中间的支架，质量块与支架可以焊接以保证质量块与支架之间的相对位置关系固定。质量块的外形可以为圆柱形，也可以为方形或环形，只要其质量能够满足减振要求即可。
质量总成装置5在其底部设置有滚动装置，在滚动装置的支撑作用下，质量总成装置5可以在支撑装置1上沿其所在平面的任意方向滚动。由于滚动摩擦系数相对较小，使得质量总成装置5对交变应力的敏感度较高，一旦受力发生改变，质量总成装置5便可及时产生响应，能够有效地保证质量总成装置5的运动始终与受力方向一致。
由于质量总成装置5需在支撑装置1上进行控振运动，为方便其运动，支撑装置1可以为平板。由于质量总成装置5的质量相对较大，对平板的强度以及平板和塔筒之间的连接强度有较高的要求，一般而言，塔筒的横截面为圆形，平板可以进一步为圆形平板，以方便将两者固定连接。
为了实现质量总成装置5能够沿其所在平面内任意方向移动的目的，可以具有多种具体实施方式，例如，滚动装置的具体形式可以为滚球2，并在质量总成装置5的底部设置容纳滚球2的一部分的凹槽。通过将滚球2设置在该凹槽中，一方面在质量总成装置5滚动过程中滚球2不会从凹槽中滑脱，另一方面，在采用滚动支撑时，不必借助外界驱动力，质量总成装置5也可自动调节运动方向。由于质量总成装置5的质量相对较大，为了更好的支撑质量总成装置5，其底部至少设置三个滚球2。优选地，可以设置六个滚球2，且滚球2沿周向均匀分布，从而每个滚球2所承受的均匀载荷。
此外，滚动装置还可以为安装在质量总成装置5底部的万向滚轮，同样，也可以在质量总成装置5底部设置六个周向均匀分布的万向滚轮，以使每个万向滚轮承受均匀的载荷。
虽然本实用新型以滚动装置设置在质量总成装置5的底部为例进行了描述，但是本实用新型不限于此，只要滚动装置设置在质量总成装置5和支撑装置1之间能够支撑质量总成装置5的移动即可。因此，也可将滚动装置（例如，万向轮或滚珠）安装或设置在支撑装置的上表面上。
本实用新型所提供的减振系统进一步包括用于限定质量总成装置5运动范围的限位装置3，该限位装置3设置在质量总成装置5的外围，防止质量总成装置5的运动行程过大，给减振系统甚至风力发电机造成破坏。
具体的说，限位装置3可以为固定连接在支撑装置1的支撑面上的环形挡板3，该环形挡板3竖直设置，且具有一定的高度。当风力发电机振动幅度较大时，质量总成装置5可能会运动至环形挡板3所在的位置并与环形挡板3发生碰撞，从而防止质量总成装置5的运动行程过大，从而防止质量总成装置5对风力发电机造成损坏。此外，环形挡板3应具有相对较大的强度，以能够承受在与质量总成装置5相互碰撞时的冲击力。环形挡板3将支撑装置1上方的区域分为两部分，环形挡板3内部的区域为内域，其他区域为外域，质量总成装置5设置在内域中，且内域的范围也为质量总成装置5的运动范围，在外域内可设置有电缆孔7和用于操作人员穿行的爬梯孔6等。
需要说明的是，限位装置3还可以为其他形式，例如可以为设置在质量总成装置5外围并沿周向均匀分布的多个凸台，且凸台与支撑装置1或塔筒内壁固定连接以限定质量总成装置5的运动范围，当然，这些凸台也应具有适当的强度，在不产生挠度变形或虽然产生微小变形却不影响正常作业的情况下承受其与质量总成装置5撞击时的冲击力。
在质量总成装置5和风力发电机的塔筒之间进一步设置有至少六个用于减振耗能的阻尼器4，该阻尼器4的两端分别与质量总成装置5和塔筒内壁铰接，并在塔筒内部沿周向均匀分布。为了尽可能避免质量总成装置5的运动达到其极限位置与限位装置发生碰撞，对阻尼器4的阻尼性能有一定的要求，例如可以采用阻尼系数较高的调谐质量阻尼器，并可以尽量增加阻尼器的个数；在一些对减振要求不高的场所，也可以采用其他形式的阻尼器，如液压阻尼器。阻尼器4的个数最好为偶数，以保证每个阻尼器4均有一个阻尼器4与之反向相对设置，从而在质量总成装置5进行控振运动时，在正向和反向上存在大体一致的减振阻尼。
此外，为避免阻尼器4与支撑装置1上的爬梯孔6和电缆孔7在安装位置上发生干涉，应合理的设计阻尼器4的个数和安装位置。
本实用新型所提供的减振系统的质量总成装置5可以在支撑装置1上进行滚动，取代了现有技术中的滑动。由于滚动摩擦系数较滑动摩擦系数要小得多，因此质量总成装置5可灵敏地改变自身的运动方向。在风力发电机受到交变风载或横向载荷发生振动时，塔筒的振动会带动支撑装置1同时振动，设置于支撑装置1上的质量总成装置5会相对振动方向反向运动，在阻尼器4的减振耗能作用下，实现振动的衰减。在风力发电机的振动方向发生改变时，由于质量总成装置5与支撑装置1之间的滚动摩擦力相对较小，质量总成装置5能够在振动方向改变时同时自动调节自身的运动方向，使其控振运动方向始终与振动方向一致，以保证减振系统始终提供最佳的减振效果。
本实用新型所提供的减振系统能够根据风力发电机的振动方向改变的同时自动调节质量总成装置5的运动方向，并保持这两种运动方向和频率的时时一致，显著提高了减振性能，降低风力发电机的疲劳破坏，提高了使用寿命；在质量总成装置5调节运动方向过程中，不需要外界驱动即可实现，因此不存在减振系统失效的情况。
除此以外，本实用新型还提供了一种风力发电机，该风力发电机包括塔筒，并在塔筒的内上部设置有上述减振系统，而对于风力发电机其他结构，请参考现有技术，在此不再赘述。
以上对本实用新型所提供的风力发电机及其减振系统进行了详细的介绍，虽然已表示和描述了本实用新型的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本实用新型的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于风力发电机的减振系统，包括支撑装置和设置在所述支撑装置上的质量总成装置，在所述质量总成装置和所述风力发电机的塔筒内壁之间连接有阻尼器，其特征在于，在所述质量总成装置和支撑装置之间设置有滚动装置，以使所述质量总成装置能够沿其所在平面的任意方向运动。
2.根据权利要求1所述的减振系统，其特征在于，所述滚动装置为滚球，在所述质量总成装置的底部或所述支撑装置的上表面上设置有容纳所述滚球的一部分的凹槽，所述滚球设置在所述凹槽中。
3.根据权利要求2所述的减振系统，其特征在于，所述滚动装置包括至少六个滚球。
4.根据权利要求1所述的减振系统，其特征在于，所述滚动装置为安装在所述质量总成装置底部的万向滚轮。
5.根据权利要求4所述的减振系统，其特征在于，所述滚动装置包括至少六个万向滚轮。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的减振系统，其特征在于，所述支撑装置为固定地安装在风力发电机的塔筒内的平板。
7.根据权利要求1至5任意一项所述的减振系统，其特征在于，所述减振系统进一步包括设置在所述质量总成装置外围的限位装置，以对所述质量总成装置的运动范围进行限定。
8.根据权利要求7所述的减振系统，其特征在于，所述限位装置为固定连接在所述支撑装置上的环形挡板。
9.根据权利要求1至5任意一项所述的减振系统，其特征在于，所述质量总成装置与所述风力发电机的塔筒之间设置有至少六个阻尼器。
10.一种风力发电机，其特征在于，所述风力发电机的塔筒内上部设置有如权利要求1至9中任意一项所述的减振系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20130327 |
|
| CX01 | Expiry of patent term |