CN208919204U - 风力发电机组的塔筒减振装置及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风力发电机组的塔筒减振装置及风力发电机组，该塔筒减振装置包括：减振质量环，减振质量环经由连接件悬挂在塔筒的上塔筒平台的下方；多个阻尼器，多个阻尼器连接在减振质量环与塔筒的内壁之间或者连接在减振质量环与塔筒的下塔筒平台之间。根据本实用新型的实施例的塔筒减振装置具有良好的振动能量吸收能力、不需要频繁地维护、结构简单、占用空间小并且能够保障风力发电机组的正常运行。

Description

风力发电机组的塔筒减振装置及风力发电机组

技术领域

本实用新型涉及风力发电领域，具体地讲，本实用新型涉及塔筒减振装置及包括该塔筒减振装置的风力发电机组。

背景技术

风力发电机组包括叶轮、机舱和塔筒等部件。风力发电机组在运行过程中，其塔筒可能会发生振动。例如，当外界激励频率与塔筒的一阶频率、三阶频率相接近时，会导致塔筒产生振动，塔筒的振动可能会引起整个风力发电机组零部件的损坏，存在一定的安全隐患，严重时可能会造成塔筒损坏及威胁风力发电机组的正常运行。

目前，主要通过改变塔筒的固有频率，来吸收塔筒的振动能量、降低塔筒的振动幅度。具体通过在塔筒的平台上安装带有液体的阻尼器。

图1是示出现有技术的塔筒减振装置的示意图。

如图1所示，塔筒10的内壁上设置有下塔筒平台30，第一阻尼器20安装在下塔筒平台30上，第一阻尼器20中装有液体，当塔筒10振动时，第一阻尼器20中的液体可以吸收塔筒10的一部分振动，从而达到减振之目的。

然而，这种塔筒减振装置至少存在以下缺陷：

(1)阻尼器中的液体存在泄漏等风险，在风力发电机组的使用寿命期内，要求对老化的阻尼器等进行重复的更换，维护成本较高。

(2)由于阻尼器设置在塔筒中，阻尼器的体积受到限制，阻尼器中的液体的吸收振动能量的能力较弱，减振效果较差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有改善的振动能量吸收性能并且不需要频繁地维护的塔筒减振装置。

根据本实用新型的实施例，一种风力发电机组的塔筒减振装置包括：减振质量环，减振质量环经由连接件悬挂在塔筒的上塔筒平台的下方；多个阻尼器，多个阻尼器连接在减振质量环与塔筒的内壁之间或者连接在减振质量环与塔筒的下塔筒平台之间。利用悬挂的减振质量环及多个阻尼器，可以改善塔筒减振装置的振动能量吸收性能。

根据本实用新型的实施例，多个阻尼器的两端可以分别通过万向节连接到减振质量环和塔筒的内壁，或者连接到减振质量环和下塔筒平台。减振质量环可以沿任意方向运动或振动，可以吸收任意方向传递的振动的能量。

根据本实用新型的实施例，万向节可以包括：第一关节元件，第一关节元件连接到减振质量环、塔筒的内壁和下塔筒平台之一；第二关节元件，第二关节元件连接到阻尼器；十字关节元件，十字关节元件通过关节轴承分别与第一关节元件和第二关节元件联接。万向节的构造简单，便于连接阻尼器以及减振质量环。

根据本实用新型的实施例，第一关节元件和第二关节元件可以呈Y字型，第一关节元件和第二关节元件的顶端可以分别设置有通孔，十字关节元件可以穿过设置在第一关节元件和第二关节元件的通孔中的关节轴承。由此，可以提高万向节的使用寿命。

根据本实用新型的实施例，多个阻尼器可以围绕减振质量环的外周方向布置在减振质量环的斜下方，使得减振质量环在塔筒的振动过程中始终位于多个阻尼器的上方。由此，可以限制减振质量环在塔筒内的运动范围，防止其与塔筒内壁碰撞。

根据本实用新型的实施例，多个阻尼器的长度方向与减振质量环所处的平面所呈的角度可以大于0度且小于90度。可以同时吸收塔筒的高度方向以及水平方向的振动。

根据本实用新型的实施例，多个阻尼器可以围绕减振质量环的圆周方向等角度间隔布置。由此，可以使减振质量环尽可能保持平衡而不随意晃动。

根据本实用新型的实施例，连接件的数量可以为至少三个，至少三个连接件与减振质量环的连接点可以沿减振质量环的圆周方向均匀地布置。由此，可以使减振质量环尽可能保持平衡而不随意晃动。

根据本实用新型的实施例，上塔筒平台和下塔筒平台可以为具有中空部的桁架结构，连接件为刚性联接索。上塔筒平台、下塔筒平台、减振质量环均具有中空部，方便机舱电气传输线等连接到塔筒底部的部件。

根据本实用新型的另一方面，一种风力发电机组包括上述塔筒减振装置。由此，可以保障风力发电机组的正常运行。

根据本实用新型的实施例的塔筒减振装置的结构简易，在塔筒内部的占用空间小。

根据本实用新型的实施例的塔筒减振装置，可以限制减振质量环在塔筒内的运动范围，防止其与塔筒内壁碰撞。

附图说明

图1是示出现有技术的塔筒减振装置的示意图；

图2是示出本实用新型的塔筒减振装置的示意图；

图3是示出本实用新型的塔筒减振装置在塔筒内部的安装方式的示意图；

图4是图3中的A部分的放大图；

图5是用于说明本实用新型的塔筒减振装置的减振原理的示意图。

附图标号说明：

10：塔筒；20：第一阻尼器；30：下塔筒平台；31：上塔筒平台；

40：连接件；50：减振质量环；60：阻尼器；70：万向节；

71：第一关节元件；72：第二关节元件；73：十字关节元件；

74：关节轴承；61：第二阻尼器；62：第三阻尼器；

63：第四阻尼器；64：第五阻尼器；65：第六阻尼器。

具体实施方式

根据本实用新型的实施例，利用阻尼器以及悬吊的减振质量环来吸收塔筒的振动能量，降低塔筒的振动幅度。

为了使本领域技术人员能够更好地理解本实用新型的技术构思，下面结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细描述，在附图中，相同的标号始终表示相同的部件。

图2是示出本实用新型的塔筒减振装置的示意图，图3是示出本实用新型的塔筒减振装置在塔筒内部的安装方式的示意图。

本实用新型的塔筒减振装置可以包括减振质量环50和多个阻尼器60，并且可以布置在塔筒10的偏上的位置。

如图2和图3所示，减振质量环50可以经由连接件40悬挂在塔筒10的上塔筒平台31的下方。

这里，上塔筒平台31可以水平布置在塔筒10的内壁，上塔筒平台31可以是具有中空部的桁架结构(例如，钢架)。上塔筒平台31可以包括彼此垂直地布置并且固定(例如，焊接)在塔筒10的内壁上的多根钢管，上塔筒平台31也可以是开设有通孔(即，中空部)的钢板。

减振质量环50可以利用金属制成，并且可以是具有中空部的圆环。减振质量环50的重量或质量可以根据塔筒10的一阶频率以及频率计算公式等预先确定，减振质量环50可以具有任意重量或质量，只要能改变塔筒10的固有频率，使塔筒10的固定频率与外界激励(例如，风载、地震等)的频率保持较大的差异，从而降低塔筒10的振动幅度、吸收塔筒10的振动能量即可。

连接件40可以是柔性联接索，可以是诸如弹簧的弹性部件，也可以是刚性联接索。

当连接件40为在其长度方向上不可伸缩的刚性联接索时，减振质量环50左右摆动而不上下振动，塔筒10的振动能量由阻尼器60吸收的同时，减振质量环50的上下运动可以得到有效地限制，从而防止其与塔筒10的内壁碰撞，并且可以防止减振质量环50振动幅度过大而损坏阻尼器60。

当连接件40为弹性部件时，减振质量环50可以沿塔筒的高度方向上运动，塔筒10的振动幅度可以由于阻尼器60、减振质量环50以及连接件40三者而降低。

在综合考虑上述因素的情况下，连接件40可优选为柔性连接索，柔性连接索在其长度方向上具有一定的伸缩性，可以在降低塔筒10的振动幅度的同时限制减振质量环50的上下振动。

连接件40的上端可以固定连接至上塔筒平台31，连接件40的下端可以固定连接至减振质量环50的上表面，也可以固定在减振质量环50的中空部的内壁或减振质量环50的与中空部的内壁相对的外侧部。

另外，连接件40的长度可以根据设计需要预先确定，连接件40的数量可以优选为至少三个，至少三个连接件40与减振质量环50的连接点沿减振质量环50的圆周方向均匀地布置。由此，可以使减振质量环50尽可能保持平衡，而不至于在没有振动的情况下由于悬挂点的分布不均而自身失衡。

减振质量环50由连接件40悬吊在塔筒10内，减振质量环50的最外周可以与塔筒10分开预定距离，只要减振质量环50在塔筒10在外激励的作用下晃动的过程中始终不与塔筒10的内壁接触即可。

减振质量环50可以在塔筒10内部沿任意方向运动。例如，减振质量环50可以沿塔筒10的高度方向运动，也可以沿与塔筒10的高度方向垂直的水平方向运动。

阻尼器60可以为弹簧阻尼器、液压阻尼器等，并且可以连接在减振质量环50与塔筒10的内壁之间，也可以连接在减振质量环50与塔筒10的下塔筒平台30之间。

与上塔筒平台31类似，下塔筒平台30也可以水平布置在塔筒10的内壁，下塔筒平台30可以是具有中空部的桁架结构(例如，钢架)。例如，下塔筒平台30可包括彼此垂直地布置并且固定(例如，焊接)在塔筒10的内壁上的多根钢管，下塔筒平台30也可以是开设有通孔的钢板。

上塔筒平台31、下塔筒平台30、减振质量环50均具有中空部，这样的构造方便于机舱的电气传输线等连接到塔筒底部的部件。

阻尼器60可以活动连接在减振质量环50与塔筒10的内壁之间，或者活动连接在减振质量环50与塔筒10的下塔筒平台30之间。

如图3所示，例如，阻尼器60的两端可以分别通过万向节70连接到减振质量环50和塔筒10的内壁，或者连接到减振质量环50和下塔筒平台30之间。

优选地，多个阻尼器60围绕减振质量环50的外周方向布置在减振质量环50的斜下方，当然，多个阻尼器60也可以布置在减振质量环50的两侧以及减振质量环50的正下方(即，多个阻尼器60可以与减振质量环50所在的平面平行地布置或者与减振质量环50所在的平面垂直地布置)，从而吸收塔筒10沿水平方向的振动能量和/或吸收塔筒10沿竖直方向的振动能量。

阻尼器60也可以不设置在减振质量环50的正下方以及减振质量环50的侧部，这样设置，可以减少阻尼器60在塔筒10内的安装空间，并且可以同时缓解沿塔筒10的高度方向和水平方向的振动。即，布置在减振质量环50的斜下方的阻尼器60可以起到布置在减振质量环50的正下方的阻尼器以及布置在减振质量环50的侧部(即，阻尼器60水平布置在减振质量环50的侧部与塔筒10的内壁之间)的阻尼器两者的作用。

另外，在布置阻尼器60时，可以优选使得减振质量环50在塔筒10的振动过程中始终位于多个阻尼器60的上方，以便限制减振质量环50的运动范围。

在图3所示的多个阻尼器60的基础上，也可以在减振质量环50的斜上方进一步布置多个阻尼器60，以使位于减振质量环50的斜上方的阻尼器60相对于减振质量环50所处的平面与位于减振质量环50的斜下方的对应阻尼器镜像对称。

优选地，多个阻尼器60的长度方向与减振质量环50所处的平面所呈的角度大于0度且小于90度。这里，阻尼器60的长度方向可以指阻尼器60的压缩或拉伸方向。在塔筒10没有振动时，阻尼器60的长度方向不在减振质量环50所处的平面内。为了使多个阻尼器60保持平衡，多个阻尼器60可以围绕减振质量环50的圆周方向等角度间隔(相对于减振质量环50的圆心)布置。由此，可以使减振质量环50尽可能保持平衡，而不至于在没有振动的情况下由于多个阻尼器的分布不均而自身失衡(即，减振质量环50在塔筒10没有振动的情况下处在非水平面上)。

从塔筒10的顶部往下看，多个阻尼器60的布置位置可以与连接件40在减振质量环50的布置位置彼此错开，如此可以便于多个阻尼器60以及连接件40分别与减振质量环50之间的连接，并且可以使减振质量环50保持平衡。

图3仅仅示出了塔筒10、上塔筒平台31、连接件40和下塔筒平台30等部件的半个部分，阻尼器60的实际数量可以为8。然而，本实用新型的阻尼器60的数量不受具体限制。

阻尼器60的两端可以分别通过万向节70活动连接到减振质量环50和塔筒10的内壁，或者活动连接到减振质量环50和下塔筒平台30。

如图4所示，万向节70可以包括第一关节元件71、第二关节元件72和十字关节元件73。

第一关节元件71可以呈Y字型，并且可以连接到减振质量环50、塔筒10的内壁和下塔筒平台30之一，例如，第一关节元件71可以固定连接到减振质量环50。

第二关节元件72可以呈Y字型，并且可以连接到阻尼器60，例如，第二关节元件72可以铰接到阻尼器60。十字关节元件73通过关节轴承74分别与第一关节元件71和第二关节元件72联接。

第一关节元件71和第二关节元件72的顶端分别设置有通孔，十字关节元件73穿过设置在第一关节元件71和第二关节元件72的通孔中的关节轴承74，并且可以在关节轴承74中自由转动。由此，可以使固定连接至减振质量环50的第一关节元件71沿任意方向运动。从而可以通过万向节70使减振质量环50以及阻尼器60沿任意方向运动。下面结合图5对本实用新型的塔筒减振装置的减振原理进行说明。

图5是用于说明本实用新型的塔筒减振装置的减振原理的示意图。

图5中仅示出了部分阻尼器，实际阻尼器的数量可以为8。为了说明的方便，仅以图5示出的阻尼器说明本实用新型的塔筒减振装置的减振原理。

如图5所示，多个阻尼器60可以包括第二阻尼器61、第三阻尼器62、第四阻尼器63、第五阻尼器64和第六阻尼器65。

当塔筒10沿斜向上的方向振动α角度时，上塔筒平台31和下塔筒平台30与塔筒10一起也倾斜α角度，然而，由连接件40悬吊或悬挂在上塔筒平台31下方的减振质量环50保持水平状态，此时，右侧的连接件40可以被进一步拉伸，第二阻尼器61和第六阻尼器65被压缩，第二阻尼器61的压缩程度可以大于第六阻尼器65的压缩程度，第三阻尼器62和第五阻尼器64可以被进一步拉伸，第三阻尼器62的拉伸程度可以大于第五阻尼器64的拉伸程度，第四阻尼器63的伸缩状态可以保持不变。此时，塔筒10的振动被第二阻尼器61、第三阻尼器62、第五阻尼器64和第六阻尼器65吸收，从而吸收塔筒10的部分振动能量。

另外，本实用新型的塔筒减振装置可以被设置成多个，多个塔筒减振装置可以布置在塔筒的不同高度上，并且可以布置在相邻的两个塔筒平台之间。

根据本实用新型的实施例的塔筒减振装置具有改善的振动能量吸收性能，减振效果较好。

根据本实用新型的实施例的塔筒减振装置，不需要维护人员频繁地维护，维护成本较低。

根据本实用新型的实施例的塔筒减振装置的结构简易，在塔筒内部的占用空间小。

根据本实用新型的实施例的塔筒减振装置，可以限制减振质量环在塔筒内的运动范围，防止其与塔筒内壁碰撞。

上面对本实用新型的具体实施方式进行了详细描述，虽然已表示和描述了一些实施例，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组合、修改和完善(例如，可以对本实用新型的不同技术特征进行组合以得到新的技术方案)。这些组合、修改和完善也应在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种风力发电机组的塔筒减振装置，其特征在于，所述塔筒减振装置包括：

减振质量环(50)，所述减振质量环(50)经由连接件(40)悬挂在塔筒(10)的上塔筒平台(31)的下方；

多个阻尼器(60)，多个所述阻尼器(60)连接在所述减振质量环(50)与所述塔筒(10)的内壁之间或者连接在所述减振质量环(50)与所述塔筒(10)的下塔筒平台(30)之间。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组的塔筒减振装置，其特征在于，多个所述阻尼器(60)的两端分别通过万向节(70)连接到所述减振质量环(50)和所述塔筒(10)的内壁，或者连接到所述减振质量环(50)和所述下塔筒平台(30)。

3.根据权利要求2所述的风力发电机组的塔筒减振装置，其特征在于，所述万向节(70)包括：

第一关节元件(71)，所述第一关节元件(71)连接到所述减振质量环(50)、所述塔筒(10)的内壁和所述下塔筒平台(30)之一；

第二关节元件(72)，所述第二关节元件(72)连接到所述阻尼器(60)；

十字关节元件(73)，所述十字关节元件(73)通过关节轴承(74)分别与所述第一关节元件(71)和所述第二关节元件(72)联接。

4.根据权利要求3所述的风力发电机组的塔筒减振装置，其特征在于，所述第一关节元件(71)和所述第二关节元件(72)呈Y字型，所述第一关节元件(71)和所述第二关节元件(72)的顶端分别设置有通孔，所述十字关节元件(73)穿过设置在所述第一关节元件(71)和所述第二关节元件(72)的通孔中的所述关节轴承(74)。

5.根据权利要求1所述的风力发电机组的塔筒减振装置，其特征在于，多个所述阻尼器(60)围绕所述减振质量环(50)的外周方向布置在所述减振质量环(50)的斜下方，使得所述减振质量环(50)在塔筒(10)的振动过程中始终位于多个所述阻尼器(60)的上方。

6.根据权利要求5所述的风力发电机组的塔筒减振装置，其特征在于，多个所述阻尼器(60)的长度方向与所述减振质量环(50)所处的平面所呈的角度大于0度且小于90度。

7.根据权利要求6所述的风力发电机组的塔筒减振装置，其特征在于，多个所述阻尼器(60)围绕所述减振质量环(50)的圆周方向等角度间隔布置。

8.根据权利要求1所述的风力发电机组的塔筒减振装置，其特征在于，所述连接件(40)的数量为至少三个，至少三个所述连接件(40)与所述减振质量环(50)的连接点沿所述减振质量环(50)的圆周方向均匀地布置。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的风力发电机组的塔筒减振装置，其特征在于，所述上塔筒平台(31)和所述下塔筒平台(30)为具有中空部的桁架结构，所述连接件(40)为刚性联接索。

10.一种风力发电机组，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的塔筒减振装置。