CN206582279U - 动力吸振装置、用于风力发电机组的叶片及风力发电机组 - Google Patents
动力吸振装置、用于风力发电机组的叶片及风力发电机组 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供了一种动力吸振装置、用于风力发电机组的叶片及风力发电机组，所述动力吸振装置包括：腔体；质量体，可活动地设置在所述腔体内，并将所述腔体分成第一腔体和第二腔体；弹性构件，设置在所述第一腔体和/或所述第二腔体内，所述弹性构件的第一端连接到所述质量体，所述弹性构件的第二端连接到所述腔体或振动体；阻尼结构，设置在所述腔体上或所述腔体内。根据本实用新型的动力吸振装置结构简单且具有优良的减振效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力发电技术领域，更具体地讲，本实用新型涉及一种动力吸振装置、包括该动力吸振装置的用于风力发电机组的叶片及风力发电机组。
背景技术
风力发电机机组在工作时，叶片承受风力、旋转向心力以及转轴振动等多重影响，因此叶片会持续被激励而产生振动。
一般而言，振动体会有多个或无数阶频率，前几阶低频对物体影响较大。因此对叶片而言，可只考虑前几阶低频。叶片主要在挥舞方向(垂直于叶片前缘和后缘所在面的方向)和摆振方向(平行于叶片前缘和后缘所在面的方向)上振动。这两个方向的振动，特别是基频振动(是指固有频率的最低阶频率)，可能会导致叶片的负载增大、叶片断裂，甚至会使风力发电机组产生振动。因此减小这种振动变得十分必要。
在现有技术中公开了以下两种方式以对叶片进行减振：一种方式是在叶片腔体内植入电磁阻尼装置对叶片进行减振，然而该电磁阻尼装置过于昂贵且维护困难；另一种方式是在叶片叶尖部位安装U型管，U型管盛有液体，作为阻尼装置，然而当时间较长时，U型管中的液体会通过空腔壁扩散，这会降低减振效果。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种结构简单且具有优良的减振效果的动力吸振装置、用于风力发电机组的叶片及风力发电机组。
根据本实用新型的一方面，一种动力吸振装置可包括：腔体；质量体，可活动地设置在所述腔体内，并将所述腔体分成第一腔体和第二腔体；弹性构件，设置在所述第一腔体和/或所述第二腔体内，所述弹性构件的第一端连接到所述质量体，所述弹性构件的第二端连接到所述腔体或振动体；阻尼结构，设置在所述腔体上或所述腔体内。
可选地，所述阻尼结构可包括使所述第一腔体和/或所述第二腔体的内部与所述腔体的外部连通的阻尼孔、设置在所述腔体的内壁与所述质量体之间的阻尼缝以及沿所述腔体的长度方向设置在所述第一腔体和/或所述第二腔体内的阻尼器中的一个或一个以上。
可选地，所述阻尼孔可以为穿透第一腔体和/或第二腔体的侧壁的孔，和/或为使所述腔体的端壁的一部分敞开的开口。
可选地，在所述阻尼结构包括所述阻尼缝的情况下，所述腔体的侧壁的与所述阻尼缝对应的至少一部分可包括外壳体、内壳体以及由所述外壳体和所述内壳体围成的空腔。
可选地，在所述空腔内可设置有阻尼器和/或连接所述外壳体和所述内壳体的弹簧。
可选地，在所述阻尼结构包括所述阻尼缝的情况下，所述腔体可以为封闭腔体，且在所述第一腔体和所述第二腔体内填充有气体或液体。
可选地，所述腔体的端壁可具有开口，所述阻尼器和弹性构件的第一端可连接到所述质量体，所述阻尼器和弹性构件的第二端可连接到所述振动体。可选地，所述腔体的端部封闭，所述阻尼器和所述弹性构件的第二端可连接到所述腔体的端壁。
可选地，所述动力吸振装置还可包括：限位开关，限制所述质量体的运动；传感器，检测所述振动体的振动加速度；控制器，所述控制器根据所述传感器的检测结果控制所述限位开关的打开或关闭。
根据本实用新型的另一方面，一种用于风力发电机组的叶片可包括一个或一个以上如上所述的动力吸振装置。
可选地，在所述叶片中设置一个所述动力吸振装置，并且所述动力吸振装置的吸振方向为所述叶片的挥舞方向或所述叶片的摆振方向。可选地，在所述叶片中可设置两个或两个以上所述动力吸振装置，其中，一个或一个以上动力吸振装置的吸振方向为所述叶片的挥舞方向，一个或一个以上动力吸振装置的吸振方向为所述叶片的摆振方向。
可选地，所述叶片可包括前缘、后缘、连接前缘和后缘并围成空腔的第一壳体和第二壳体以及设置在所述空腔内并支撑第一壳体和第二壳体的腹板，所述动力吸振装置被固定到所述腹板、所述第一壳体和所述第二壳体中的两个或三个上。
根据本实用新型的另一方面，一种风力发电机组包括如上所述的叶片。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本实用新型的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1是根据本实用新型的示例性实施例的动力吸振装置的安装状态的示意图；
图2是图1的动力吸振装置的外观的示意图；
图3是图2的动力吸振装置的内部构造的示意图；
图4是沿图3的A-A线截取的截面图，示出了具有第一种阻尼结构的动力吸振装置的示例；
图5是动力吸振装置的另一实施例的示意图，示出了具有第二种阻尼结构的动力吸振装置的示例；
图6是动力吸振装置的又一实施例的示意图，示出了具有第三种阻尼结构的动力吸振装置的示例；
图7是图6的P部分的放大图。
具体实施方式
下面，将参照附图详细描述本实用新型的实施例。
图1是根据本实用新型的示例性实施例的动力吸振装置的安装状态的示意图，图2是图1的动力吸振装置的外观的示意图，图3是图2的动力吸振装置的内部构造的示意图，图4是沿图3的A-A线截取的截面图，示出了具有第一种阻尼结构的动力吸振装置的示例，图5是动力吸振装置的另一实施例的示意图，示出了具有第二种阻尼结构的动力吸振装置的示例，图6是动力吸振装置的又一实施例的示意图，示出了具有第三种阻尼结构的动力吸振装置的示例，图7是图6的P部分的放大图。
根据本实用新型的示例性实施例的动力吸振装置100可被安装在振动体10中，以对振动体10进行减振。振动体10可以是任何需要减振的装置，而不受具体限制。根据本实用新型的实施例，如图1所示，振动体10可以是风力发电机组的叶片。下面，以动力吸振装置100安装在风力发电机组的叶片10中为例进行描述。
由于叶片10靠近叶尖的部位振动较大，因此可将根据本实用新型的示例性实施例的动力吸振装置100设置在叶片10的叶尖至叶片的长度的50％的位置范围内。
叶片10包括前缘11、后缘12、连接前缘11和后缘12并围成空腔的第一壳体13和第二壳体14以及设置在所述空腔内并支撑第一壳体13和第二壳体14的腹板15。腹板15为一个或一个以上，图1中示出了两个腹板15。
如图1所示，动力吸振装置100可被布置并固定在腹板15以及第一壳体13和第二壳体14之间。具体地，动力吸振装置100可被固定到腹板15、第一壳体13和第二壳体14中的两个或两个以上。
此外，动力吸振装置100可被设置为使其吸振方向朝向叶片10的挥舞方向(垂直于叶片前缘11和后缘12所在面的方向)和/或摆振方向(平行于叶片前缘11和后缘12所在面的方向)，从而沿挥舞方向和/或摆振方向吸收叶片10的振动能量，起到减振作用。
例如，在图1中，动力吸振装置100的吸振方向为其长度方向，当将动力吸振装置100设置为使其长度方向朝向叶片10的挥舞方向时，动力吸振装置100可沿挥舞方向吸收振动能量。此外，当将动力吸振装置100设置为使其长度方向朝向叶片10的摆振方向时(即，使图1中示出的动力吸振装置100在平行于纸面的平面内顺时针或逆时针旋转90度)，动力吸振装置100可沿摆振方向吸收振动能量。
以下，将参照图2至图7详细描述根据本公开的示例性实施例的动力吸振装置100的结构。
如图2至图4所示，根据本实用新型的示例性实施例的动力吸振装置100可包括腔体110、设置在腔体110中的质量体120、连接在质量体120上的弹性构件130以及设置在腔体110上或设置在腔体110内的阻尼结构。
腔体110的形状不受具体限制，例如，可以是如图3至如图6中所示的筒状。腔体110的端壁的一部分可以是敞开的(如图5所示)，也可以是不敞开的(如图4和图6所示)。
动力吸振装置100可通过腔体110固定到叶片10。为了牢固地固定动力吸振装置100，腔体110可通过固定到第一壳体13、第二壳体14和一对腹板15中的两个或三个上而被固定到叶片10。
例如，如图4和图6所示，在腔体110的端壁未敞开的情况下，腔体110的两个端壁可分别固定到叶片10的第一壳体13和第二壳体14。如图5所示，在腔体110的端壁敞开的情况下，腔体110的侧壁可通过支架41和42固定到第一壳体13和腹板15。但本实用新型不限于此，例如，腔体110的侧壁可通过支架41和42固定到第二壳体14和腹板15。
如图3至图6所示，质量体120设置在腔体110中并可在腔体110中沿腔体110的长度方向做活塞式运动。质量体120可在腔体110的长度方向上将腔体110分成第一腔体111和第二腔体112。
质量体120的材料和形状不受具体限制，只要其可在腔体110中沿长度方向做活塞式运动即可。此外，质量体120的质量可根据振动体10(稍后将对其进行描述)的固有频率来合理地确定。
弹性构件130可沿腔体110的长度方向设置在第一腔体111和/或第二腔体112内。也就是说，可仅在第一腔体111和第二腔体112中的一个中设置弹性构件130，也可在第一腔体111和第二腔体112中均设置弹性构件130。弹性构件130的第一端可连接到质量体120，弹性构件130的第二端可连接到腔体110或振动体10。
例如，如图4和图6所示，在腔体110的端壁未敞开的情况下，弹性构件130的第二端可连接到腔体110的第一端壁或第二端壁，在这种情况下，振动体10的振动可通过腔体110传递给弹性构件130。例如，如图5所示，在腔体110的端壁的一部分敞开的情况下，弹性构件130的第二端可连接到振动体10，在这种情况下，振动体10的振动可直接传递给弹性构件130。在图5所示的示例中，动力吸振装置100的吸振方向为叶片10的挥舞方向，弹性构件130的第二端可连接到第一壳体13或第二壳体14。
应理解的是，在将图5中的动力吸振装置100逆时针或顺时针旋转90度以将动力吸振装置100的吸振方向设置成叶片10的摆振方向时，弹性构件130的第二端可连接到腹板15。
可选地，弹性构件130可以为弹性系数为k的弹簧，弹簧的弹性系数k可根据振动体10的固有频率来合理地确定。
根据本实用新型的实施例，振动体10(例如，叶片)的振动能量可转化为弹性构件130的弹性势能。弹性构件130的恢复力可使质量体120在腔体110中做往复运动。也就是说，弹性构件130的弹性势能可转化为质量体120的机械能(包括动能和重力势能)。
根据本实用新型的实施例，动力吸振装置100的阻尼结构可被构造为消耗质量体120的机械能。
例如，在利用根据本实用新型的动力吸振装置100来吸收振动体10的振动能量时，振动体10的振动能量可转化为弹性构件130的弹性势能，弹性构件130的弹性势能可转化为质量体120的机械能，质量体120的机械能可被阻尼结构消耗，以这种方式，动力吸振装置100可吸收振动体10的振动能量，从而起到减振的作用。
根据本实用新型的一个实施例，动力吸振装置100的阻尼结构可包括阻尼孔140。阻尼孔140为使第一腔体111和/或第二腔体112的内部空气与外部空气连通而进行空气交换的孔。如图2至图4所示，阻尼孔140可以为穿透第一腔体111和/或第二腔体112的侧壁的孔。在第一腔体111或第二腔体112中，可设置一个或更多个孔。例如，如图5所示，阻尼孔140可以为使腔体110的两个端壁的一部分敞开的开口。
在阻尼结构包括阻尼孔140的情况下，质量体120的机械能可转化为腔体110内空气的内能，腔体110内的空气通过阻尼孔140与腔体110外的空气进行交换，从而消耗振动体10(例如，叶片)的振动能量，起到减振的作用。
根据本实用新型的另一实施例，阻尼结构可包括阻尼器。如图5所示，阻尼器150可沿腔体110的长度方向(质量体的运动方向)设置在第一腔体111和/或第二腔体112内。在图5所示的示例中，由于腔体110为端部的一部分敞开的结构，因此，阻尼器150的第一端连接到质量体120，阻尼器150的第二端连接到第二壳体14。此外，应理解的是，在将5中的动力吸振装置100逆时针或顺时针旋转90度以将动力吸振装置100的吸振方向设置成叶片10的摆振方向时，阻尼器150的第二端可连接到腹板15。
此外，虽然图5中示出了在第一腔体111中设置弹性构件130、在第二腔体112中设置阻尼器150的示例，但本公开不限于此，也可在图5的第一腔体111和第二腔体112中同时设置弹性构件130和阻尼器150。
此外，在图4示出的腔体110的端壁未敞开的情况下，虽然仅示出了第一腔体111和第二腔体112中设置了弹簧150，但是，也可在图4中的第一腔体111和/或第二腔体112内设置阻尼器。这种情况下，阻尼器的第一端可连接到质量体120，阻尼器的第二端可以连接到腔体110的端壁。此外，可将图4中的第一腔体111或第二腔体112内的弹性构件130替换成阻尼器150，也可在图4的第一腔体111和第二腔体112内同时设置弹性构件130和阻尼器150。
阻尼器150可具有本领域公知的结构，其能够消耗质量体120的机械能。例如，可使用弹簧阻尼器、液压阻尼器、脉冲阻尼器、旋转阻尼器、粘滞阻尼器、阻尼滑轨等作为根据本实用新型的阻尼器150。
在阻尼结构包括阻尼器150的情况下，阻尼器150可吸收质量体120的机械能，从而消耗振动体10的振动能量，起到减振的作用。
根据本实用新型的另一实施例，阻尼结构可包括设置在腔体110的内壁与质量体120之间的阻尼缝160，如图6和图7所示，阻尼缝160连通第一腔体111和第二腔体112。阻尼缝160的宽度不受具体限制，只要其能够连通第一腔体111和第二腔体112即可。
根据本实用新型的阻尼结构可以同时包括阻尼孔140和阻尼缝160，也可以只包括阻尼缝160，而不包括阻尼孔140。
当阻尼结构包括阻尼缝160而不包括阻尼孔140时，腔体110可以是封闭结构，因此除了可在腔体110内填充空气之外，还可在腔体110内填充液体。在这种情况下，阻尼缝160能够使得第一腔体111和第二腔体112内的空气或液体的流通，保证质量体120能够顺利地运动，从而将振动体10的振动能量转化为弹性构件130的弹性势能，然后转化为质量体120的机械能(包括动能和势能)，最终，质量体120的机械能可转化为气体或液体的内能而被消耗掉。
根据本实用新型的实施例，如图7所示，可使腔体110的侧壁的与阻尼缝160对应的至少一部分30包括外壳体31、内壳体32以及由外壳体31和内壳体32围成的空腔33。由于设置了空腔33，因此在流体(空气或液体)流过阻尼缝160时，内壳体32可更容易变形，因此可更好地保证第一腔体111和第二腔体112内的空气或液体的流通。
另外，可在空腔33内设置连接外壳体31和内壳体32的弹簧34。在这种情况下，弹簧34使得内壳体32更加有弹性，保证阻尼缝160的空隙大小合适。当质量体120速度过大时，流体压力压迫内壳体32，增大空隙，保证了腔体110内的压力稳定。
此外，根据本实用新型的实施例，还可在空腔33内设置阻尼器(未示出)，以辅助消耗振动体10的振动能量。
以上示出了阻尼结构包括阻尼孔140、阻尼器150和阻尼缝160的实施例，在理解了根据本实用新型的阻尼结构消耗振动能量的原理之后，应理解的是，可对阻尼孔140、阻尼器150和阻尼缝160进行任意组合或变型，只要阻尼结构能够消耗质量体120的机械能即可。
此外，根据本实用新型的示例性实施例，动力吸振装置100还可包括限制质量体120的位移的限位开关(未示出)。可选地，限位开关可设置在腔体110上。
另外，根据本实用新型的示例性实施例，动力吸振装置100还可包括传感器(未示出)和控制器(未示出)。传感器可检测振动体10(例如，叶片)的振动加速度。
控制器可在所测得的振动加速度超过阀值(例如，可根据叶片10所能承受的振动程度确定阀值)时关闭限位开关，则质量体120可以运动，从而叶片10的振动转化为弹性构件130的弹性势能，然后转化为质量体120的机械能，最终被阻尼构件消耗掉。在所测得的振动加速度小于阀值时，控制器打开限位开关，则质量体120的运动被限制。通过设置限位构件，可在叶片10的振动程度超过阀值时才使质量体120运动，因此可减少质量体120的不必要摩擦损耗。
如上所述，根据本实用新型的动力吸振装置100，可利用吸振原理来吸收或消耗振动体10的振动能量，从而达到减振的目的。与现有技术中的电磁阻尼装置和盛有液体的U型管相比，本实用新型的动力吸振装置100结构简单、成本低且减振效果好。
此外，根据本实用新型的动力吸振装置100，可将动力吸振装置100的吸振方向设置成与叶片10的振动方向(挥舞方向和摆振方向)一致，例如，可设置两个或两个以上动力吸振装置100，其中，一个或一个以上动力吸振装置100的吸振方向为挥舞方向，一个或一个以上动力吸振装置100的吸振方向为摆振方向，因此可提高对叶片10的吸振能力。
尽管已经参照其示例性实施例具体描述了本实用新型的示例性实施例，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。
Claims (12)
1.一种动力吸振装置，其特征在于，所述动力吸振装置(100)包括：
腔体(110)；
质量体(120)，可活动地设置在所述腔体(110)内，并将所述腔体(110)分成第一腔体(111)和第二腔体(112)；
弹性构件(130)，设置在所述第一腔体(111)和/或所述第二腔体(112)内，所述弹性构件(130)的第一端连接到所述质量体(120)，所述弹性构件(130)的第二端连接到所述腔体(110)或振动体(10)；
阻尼结构，设置在所述腔体(110)上或所述腔体(110)内。
2.根据权利要求1所述的动力吸振装置，其特征在于，所述阻尼结构包括使所述第一腔体(111)和/或所述第二腔体(112)的内部与所述腔体(110)的外部连通的阻尼孔(140)、设置在所述腔体(110)的内壁与所述质量体(120)之间的阻尼缝(160)以及设置在所述第一腔体(111)和/或所述第二腔体(112)内的阻尼器(150)中的一个或一个以上。
3.根据权利要求2所述的动力吸振装置，其特征在于，所述阻尼孔(140)为穿透第一腔体(111)和/或第二腔体(112)的侧壁的孔，和/或为使所述腔体的端壁的一部分敞开的开口。
4.根据权利要求2所述的动力吸振装置，其特征在于，在所述阻尼结构包括所述阻尼缝(160)的情况下，所述腔体(110)的侧壁的与所述阻尼缝(160)对应的至少一部分包括外壳体(31)、内壳体(32)以及由所述外壳体(31)和所述内壳体(32)围成的空腔(33)。
5.根据权利要求4所述的动力吸振装置，其特征在于，在所述空腔(33)内设置有阻尼器和/或连接所述外壳体(31)和所述内壳体(32)的弹簧(34)。
6.根据权利要求2所述的动力吸振装置，其特征在于，在所述阻尼结构包括所述阻尼缝(160)的情况下，所述腔体(110)为封闭腔体，且在所述第一腔体(111)和所述第二腔体(112)内填充有气体或液体。
7.根据权利要求2所述的动力吸振装置，其特征在于，所述腔体(110)的端壁具有开口，所述阻尼器(150)和所述弹性构件(130)的第一端连接到所述质量体(120)，所述阻尼器(150)和所述弹性构件(130)的第二端连接到所述振动体(10)，或
所述腔体(110)的端部封闭，所述阻尼器(150)和所述弹性构件(130)的第一端连接到所述质量体(120)，所述阻尼器(150)和所述弹性构件(130)的第二端连接到所述腔体(110)的端壁。
8.根据权利要求1所述的动力吸振装置，其特征在于，所述动力吸振装置(100)还包括：
限位开关，限制所述质量体(120)的运动；
传感器，检测所述振动体(10)的振动加速度；
控制器，所述控制器根据所述传感器的检测结果控制所述限位开关的打开或关闭。
9.一种用于风力发电机组的叶片，其特征在于，所述叶片(10)包括一个或一个以上如权利要求1至8中任一项所述的动力吸振装置(100)。
10.根据权利要求9所述的叶片，其特征在于，在所述叶片中设置一个所述动力吸振装置(100)，并且所述动力吸振装置(100)的吸振方向为所述叶片(10)的挥舞方向或所述叶片(10)的摆振方向，或者，
在所述叶片(10)中设置两个或两个以上所述动力吸振装置(100)，其中，一个或一个以上动力吸振装置(100)的吸振方向为所述叶片(10)的挥舞方向，一个或一个以上动力吸振装置(100)的吸振方向为所述叶片(10)的摆振方向。
11.根据权利要求9或10所述的叶片，其特征在于，所述叶片(10)包括前缘(11)、后缘(12)、连接前缘(11)和后缘(12)并围成空腔的第一壳体(13)和第二壳体(14)以及设置在所述空腔内并支撑第一壳体(13)和第二壳体(14)的腹板(15)，所述动力吸振装置(100)被固定到所述腹板(15)、所述第一壳体(13)和所述第二壳体(14)中的两个或三个上。
12.一种风力发电机组，其特征在于，包括如权利要求9-11中任一项所述的叶片(10)。
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