CN205677766U - 塔筒及风力发电机组 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种塔筒及风力发电机组。其中，在塔筒的至少部分内表面上依次设置有粘弹性阻尼层和约束层。当塔筒振动时，设有约束层的粘弹性阻尼层为约束阻尼，粘弹性阻尼层受到剪切作用，粘弹性阻尼材料内部产生交变应力，此时粘弹性阻尼材料会将有序的机械能转化为无序的分子内能，转换成热量释放到周围环境中，从而吸收和消耗振动能量，有效的降低塔筒振动对塔筒的影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力发电领域，尤其涉及一种塔筒及风力发电机组。
背景技术
塔筒是风力发电机组中的关键设备，用以支撑机舱。在塔筒工作时，塔筒会吸收风能，一部分风能转化为叶轮转动的机械能，另一部分风能转化为叶片和塔筒振动的动能。
其中，塔筒的振动对塔筒本体结构、变桨轴承、叶轮轮毂、叶轮主轴轴承、定子、转子的焊接结构、主轴承、偏航系统、塔架、基础等一系列结构均会造成一定的损坏，引发安全风险，影响风力发电机组的运行，引起经济损失。
因此，如何设计一种塔筒，能够有效的减少塔筒的振动，成为本领域技术人员目前亟需解决的技术问题。
另外，如何设计一种风力发电机组，能够有效地减少塔筒的振动对风力发电机组的影响，成为本领域技术人员目前亟需解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的实施例的一个目的是提供一种能够有效减少塔筒振动的塔筒。
为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：
本实用新型的实施例一方面提供一种塔筒，在所述塔筒的至少部分内表面上依次设置有粘弹性阻尼层和约束层。
优选地，在前述的塔筒中，所述粘弹性阻尼层由发泡式粘弹性阻尼材料形成。
优选地，在前述的塔筒中，所述粘弹性阻尼层由多个粘弹性阻尼单元连接组成，所述粘弹性阻尼单元为颗粒状、线状或者片状。
优选地，在前述的塔筒中，所述约束层覆盖所述粘弹性阻尼层的部分内表面或者全部内表面。
优选地，在前述的塔筒中，所述塔筒包括至少两个塔筒分段；在所述塔筒分段中的至少一个的内表面上设置有所述粘弹性阻尼层和约束层。
优选地，在前述的塔筒中，在所述设置有所述粘弹性阻尼层和所述约束层的所述塔筒分段中，所述粘弹性阻尼层覆盖所述塔筒分段的部分内表面或全部内表面。
优选地，在前述的塔筒中，在所述设置有所述粘弹性阻尼层和所述约束层的所述塔筒分段中，所述约束层覆盖所述粘弹性阻尼层的部分内表面或者全部内表面。
优选地，在前述的塔筒中，在所述至少两个塔筒分段的层设置面积比率当中，至少一个所述塔筒分段的层设置面积比率与其他所述塔筒分段的层设置面积比率不同，其中，所述层设置面积比率分别为各所述塔筒分段的所述约束层的面积与所述粘弹性阻尼层的面积的比率。
优选地，在前述的塔筒中，沿所述塔筒由下至上的方向，所述至少两个塔筒分段的层设置面积比率依次减小。
本实用新型的实施例的另一个目的是提供一种能够有效减少塔筒振动对风力发电机组影响的风力发电机组。
为了达到上述目的，本实用新型的实施例还提供了一种风力发电机组，具有前述的塔筒。
本实用新型实施例提供的塔筒，在塔筒的至少部分内表面上由外向内依次设置有粘弹性阻尼层和约束层。当塔筒振动时，设有约束层的粘弹性阻尼层为约束阻尼，粘弹性阻尼层受到剪切作用，粘弹性阻尼材料内部产生交变应力，此时粘弹性阻尼材料会将有序的机械能转化为无序的分子内能，转换成热量释放到周围环境中，从而吸收和消耗振动能量，有效的降低塔筒振动对塔筒的影响。
在此基础上，粘弹性阻尼层由发泡状弹性阻尼材料形成，可以使用喷涂、刷涂、填充或者灌注等方式在塔筒的内表面形成粘弹性阻尼层，粘弹性阻尼层的制作工艺简单，耗时短。
在此基础上，粘弹性阻尼层由多个粘弹性阻尼单元连接组成，粘弹性阻尼单元为颗粒状、线状或者片状。这样可以通过涂胶粘贴或者热融化粘弹性阻尼单元的方式将多个粘弹性阻尼单元固定至塔筒内表面以形成粘弹性阻尼层，粘弹性阻尼层的加工和制作工艺简单。
在此基础上，在塔筒分段中的至少一个上设置有粘弹性阻尼层和约束层，在其余的塔筒分段中可以仅设有粘弹性阻尼层。在没有设置约束层的塔筒分段中，粘弹性阻尼层为自由阻尼，当塔筒分段振动时，依靠粘弹性材料分子链之间的粘性内摩擦消耗部分振动；在设置有约束层的塔筒分段中，粘弹性阻尼层为约束阻尼，依靠粘弹性材料受的剪切作用将振动能转化为热能。约束阻尼的吸收振动的效果好于自由阻尼。可以根据不同位置的塔筒分段的振动情况选择约束阻尼或者自由阻尼或者两种方式的组合，可减少约束层的使用。
在此基础上，粘弹性阻尼层覆盖塔筒分段的部分内表面。通过有选择性的在塔筒分段的内表面的部分区域设置粘弹性阻尼层，例如在振动最强的区域设置粘弹性阻尼层，在振动较小的区域不设置粘弹性阻尼层，可以在降低塔筒振动对塔筒分段的影响的同时，减少粘弹性阻尼层的使用，减轻塔筒分段的重量，同时减少塔筒分段的生产成本。
在此基础上，约束层覆盖粘弹性阻尼层的部分内表面。这样，在一个塔筒分段中振动较强的位置设置粘弹性阻尼层和约束层，在振动较弱的地方仅设置粘弹性阻尼层，将自由阻尼和约束阻尼相结合，可在有效吸收振动的同时，减少约束层的使用，降低塔筒分段的重量和生产成本。
本实用新型提供的风力发电机组，能够有效减少塔筒产生的振动，降低塔筒振动对风力发电机组运行的影响。
附图说明
图1为设置有粘弹性阻尼层和约束层的塔筒的横截面示意图；
图2为图1中的A区域的局部放大图；
图3为仅设有粘弹性阻尼层，没有设置约束层的塔筒的横截面示意图；
图4为图3中B区域的局部放大图；
图5是由多个塔筒分段组成的塔筒的结构示意图；
图6是在一个塔筒分段中，部分区域设有约束层，部分区域没有设置约束层3的一种实施方式的示意图；
图7是在一个塔筒分段中，部分区域设有约束层，部分区域没有设置约束层3的另一种实施方式的示意图。
附图标号说明：
1、塔筒；2、粘弹性阻尼层；3、约束层；10、塔筒分段。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型实施方式的塔筒及风力发电机组进行详细描述。
本文的上下以风力发电机组为参照，通常以塔筒的延伸方向为上下方向，指向地心的方向为下，与下相反的方向为上；如无特殊说明，本文的内外是以塔筒的轴线为参照进行定义的，靠近塔筒的轴线的方向为内，远离塔筒的轴线的方向为外。
实施例一
下面以图1至图7为例对本实施例的塔筒1的结构进行说明。
本实施例在塔筒1的至少部分内表面上依次设置有粘弹性阻尼层2和约束层3。图1和图2中示出了设置有粘弹性阻尼层2和约束层3的塔筒1的横截面示意图。
本实用新型实施例一提供的塔筒1，在塔筒1的至少部分内表面上由外向内依次设置有粘弹性阻尼层2和约束层3。当塔筒1振动时，粘弹性阻尼层2受到剪切作用，粘弹性阻尼材料内部产生交变应力，此时粘弹性阻尼材料会将有序的机械能转化为无序的分子内能，转换成热量释放到周围环境中，从而吸收和消耗振动能量，有效的降低塔筒1振动对塔筒1的影响。
在此基础上，粘弹性阻尼层2由发泡式粘弹性阻尼材料形成。发泡式弹性阻尼材料可以使用喷涂、刷涂、填充或者灌注等方式在塔筒1的内表面形成粘弹性阻尼层2，粘弹性阻尼层2的制作工艺简单，耗时短。
在此基础上，粘弹性阻尼层2由多个粘弹性阻尼单元连接组成，粘弹性阻尼单元为颗粒状、线状或者片状。可以通过涂胶粘贴或者热融化粘弹性阻尼单元的方式将颗粒状、线状或者片状的粘弹性阻尼单元连接成粘弹性阻尼层2，粘弹性阻尼层2的加工和制作工艺简单。粘弹性阻尼单元可以是但不限于是颗粒状、线状或者片状，其他任意形状均在本实用新型的限制范围内。
可选地，约束层3采用塑性的金属片或者非金属片或其组合，或者塑性的金属网或者非金属网或者其组合，或者采用塑性材料的其他结构也均在本实施例的限制范围内。
可选的，在塔筒1的全部内表面上设置粘弹性阻尼层2和约束层3。
在另一种替代方式中，在塔筒1的部分内表面上设置粘弹性阻尼层2和约束层3；在另一部分内表面上仅设置粘弹性阻尼层2。仅设置粘弹性阻尼层2的塔筒1的横截面示意图参见图3和图4。在没有设置约束层3的塔筒1中，粘弹性阻尼层2为自由阻尼，当塔筒1振动时，依靠粘弹性材料分子链之间的粘性内摩擦消耗部分振动。这种方式采用约束阻尼和自由阻尼相结合的方式降低塔筒1振动。
可选地，在塔筒1内的部分区域可不设置粘弹性阻尼层2和约束层3。例如，在塔筒1的内表面上设有凸出部(例如凸缘)的位置可以不设置粘弹性阻尼层2和约束层3；并且/或者，在塔筒1的中段或下段中，电缆铺设在塔筒1的内壁上，在铺设有电缆的区域可以不设置粘弹性阻尼层2和约束层3的组合。以上这些位置粘弹性阻尼层2和约束层3的铺设存在障碍，为了提高铺设的效率，可以在这些位置不设置粘弹性阻尼层2和约束层3。
下面以分段式塔筒1为例对本实施例进行进一步的说明。
如图5中所示，塔筒1包括至少两个塔筒分段10。图5中塔筒分段10的数量为3段，但并不限于3段。在塔筒分段10中的至少一个的内表面上设置有粘弹性阻尼层2和约束层3。
具体地，可以在全部的塔筒分段10中均设置粘弹性阻尼层2和约束层3；或者在部分塔筒分段10中设置粘弹性阻尼层2和约束层3，在其他塔筒分段10中仅设置粘弹性阻尼层2或者不设置减振材料。这样可以减少粘弹性阻尼层2和约束层3的使用量，降低塔筒分段10的生产成本，减轻塔筒分段10的重量。
可选地，在设置有粘弹性阻尼层2和约束层3的塔筒分段10中，粘弹性阻尼层2覆盖塔筒分段10的部分内表面或全部内表面。
可选地，在设置有粘弹性阻尼层2和约束层3的塔筒分段10中，约束层3覆盖粘弹性阻尼层2的部分内表面或者全部内表面。
其中，图6和图7分别示出了约束层3覆盖粘弹性阻尼层2的部分内表面的两种实施方式的示意图。
如图6所示，在一个塔筒分段10中，约束层3包括两条沿周向延伸的约束层带，两个约束层带沿上下方向间隔的设置，在没有设置约束层带的塔筒分段10的内表面上仅设有粘弹性阻尼层2。约束层带的数量并不限于图中的数量，可以为任意数量，约束层带的宽度可以相同，也可以不同。
如图7所示，在一个塔筒分段10中，约束层3包括多条沿上下方向延伸的约束层条，两个约束层条沿周向间隔的设置，在没有设置约束层条的塔筒分段10的内表面上仅设有粘弹性阻尼层2。约束层条的数量并不限于图中的数量，可以为任意数量，约束层条的宽度可以相同，也可以不同。
但需要说明的是，约束层3覆盖粘弹性阻尼层2的部分内表面并不限于图6和图7两种方式，任何约束层3的面积小于粘弹性阻尼层2面积的结构均在本实施例的限制范围内。
可选地，在至少两个塔筒分段10的层设置面积比率当中，至少一个塔筒分段10的层设置面积比率与其他塔筒分段10的层设置面积比率不同，其中，层设置面积比率分别为各塔筒分段10的约束层3的面积与粘弹性阻尼层2的面积的比率。具体地，在至少两个塔筒分段10中，可以有部分塔筒分段10的层设置面积比率相同，并且与其余的塔筒分段10的层设置面积比率不相同；或者每个塔筒分段10的层设置面积比率均不相同。
具体地，层设置面积比率的大小可以根据塔筒分段10的振动强度来选择。振动强度大的塔筒分段10中可以采用较大的比率，这样约束层的使用面积较大，约束阻尼所起的作用更大，可以有效的降低塔筒分段10的振动。振动强度较小的塔筒分段10可以采用较小的比率，这样约束层的使用面积较小，可以减少约束层3的使用，降低塔筒分段10的生产成本，减轻塔筒分段10的重量。具体的比率范围可以根据实际需要进行调整。
具体地，对于塔筒1而言，塔筒1的振动强度由下方至上方逐渐减弱，下方的塔筒分段10的振动强度最强。为了适应不同位置的塔筒分段10的振动情况，可选地，沿塔筒由下至上的方向，至少两个塔筒分段10的层设置面积比率依次减小。这样在下方的塔筒分段10具有较大的层设置面积比率，尽可能多的采用约束阻尼，以充分减少下方塔筒分段10的振动强度；对于位于上方的振动强度较弱的塔筒分段10具有较小的层设置面积比率，自由阻尼或者自由阻尼与约束阻尼的组合即可满足要求，这样可以适当的减少约束层3的使用。
本实施例的塔筒1，通过在塔筒1的至少部分内表面上设置粘弹性阻尼层2和约束层3，利用约束阻尼良好的减振效果，有效降低塔筒1的振动。
实施例二
本实用新型的实施例二提供了一种风力发电机组，其采用了实施例一的风力发电机组用塔筒1。本实施例的风力发电机组能够有效的减少塔筒1产生的振动，降低塔筒1振动对风力发电机组运行的影响。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种塔筒(1)，其特征在于：在所述塔筒(1)的至少部分内表面上依次设置有粘弹性阻尼层(2)和约束层(3)。
2.根据权利要求1所述的塔筒(1)，其特征在于，所述粘弹性阻尼层(2)由发泡式粘弹性阻尼材料形成。
3.根据权利要求1所述的塔筒(1)，其特征在于，所述粘弹性阻尼层(2)由多个粘弹性阻尼单元连接组成，所述粘弹性阻尼单元为颗粒状、线状或者片状。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的塔筒(1)，其特征在于，所述约束层(3)覆盖所述粘弹性阻尼层(2)的部分内表面或者全部内表面。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的塔筒(1)，其特征在于，所述塔筒(1)包括至少两个塔筒分段(10)；在所述塔筒分段(10)中的至少一个的内表面上设置有所述粘弹性阻尼层(2)和约束层(3)。
6.根据权利要求5所述的塔筒(1)，其特征在于，在所述设置有所述粘弹性阻尼层(2)和所述约束层(3)的所述塔筒分段(10)中，所述粘弹性阻尼层(2)覆盖所述塔筒分段(10)的部分内表面或全部内表面。
7.根据权利要求6所述的塔筒(1)，其特征在于，在所述设置有所述粘弹性阻尼层(2)和所述约束层(3)的所述塔筒分段(10)中，所述约束层(3)覆盖所述粘弹性阻尼层(2)的部分内表面或者全部内表面。
8.根据权利要求5所述的塔筒(1)，其特征在于，在所述至少两个塔筒分段(10)的层设置面积比率当中，至少一个所述塔筒分段(10)的层设置面积比率与其他所述塔筒分段(10)的层设置面积比率不同，
其中，所述层设置面积比率分别为各所述塔筒分段(10)的所述约束层(3)的面积与所述粘弹性阻尼层(2)的面积的比率。
9.根据权利要求8所述的塔筒(1)，其特征在于，沿所述塔筒(1)由下至上的方向，所述至少两个塔筒分段(10)的层设置面积比率依次减小。
10.一种风力发电机组，其特征在于：具有如权利要求1-9中任一项所述的塔筒(1)。
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Cited By (1)
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| CN116971935A (zh) * | 2023-08-02 | 2023-10-31 | 上海勘测设计研究院有限公司 | 一种约束阻尼风电塔 |
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2016
- 2016-06-15 CN CN201620583453.6U patent/CN205677766U/zh active Active
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| CN116971935A (zh) * | 2023-08-02 | 2023-10-31 | 上海勘测设计研究院有限公司 | 一种约束阻尼风电塔 |
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