CN212656929U - 调谐质量阻尼装置及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种调谐质量阻尼装置及风力发电机组。该调谐质量阻尼装置包括：底座，包括具有预定长度和预定宽度的容纳腔；至少两个滑轨，沿底座的宽度方向并排且间隔设置于容纳腔内，滑轨沿底座的长度方向延伸且呈朝向底座凹陷的弧形设置；质量块，沿宽度方向套设于至少两个滑轨的外周侧，且质量块与滑轨可滚动接触；调频装置，设置于质量块上且位于相邻的滑轨之间，并通过在质量块与滑轨之间施加可变的预紧力来调整调谐质量阻尼装置的频率。该调谐质量阻尼装置通过在质量块与弧形滑轨之间施加可变的预紧力实现自身的调频功能。

Description

调谐质量阻尼装置及风力发电机组

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种调谐质量阻尼装置及风力发电机组。

背景技术

塔架是风力发电机的支撑结构，其结构安全性与稳定性关系到风力发电机整机的安全和性能。随着风力发电机组容量的不断增加，塔架高度不断增加，塔架频率不断降低，塔架振动问题会越来越突出。为了保证塔架及整机的安全、平稳运行，需要在高塔架上安装阻尼装置，抑制塔架的振动，保证机组的安全运行。

调谐质量阻尼装置作为一种减振装置，在高耸建筑、桥梁等领域得到广泛应用。调谐质量阻尼装置采用质量块作为主要减振体，通过塔架振动过程中质量块的摆动惯性力及其阻尼耗能装置达到机组减振的目的。目前常用的调谐质量阻尼装置有单摆式、滑轨式和滚球式，其中弧形滑轨式阻尼器因结构紧凑、易于安装维护等优点被广泛应用于风力发电机组中。弧形滑轨式阻尼器的频率与滑轨的弧度有关，但弧形滑轨的弧度一经制造就无法改变，导致弧形滑轨式阻尼器存在无法调频的问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种调谐质量阻尼装置及风力发电机组，该调谐质量阻尼装置可以实现自身的调频功能。

一方面，本实用新型提出了一种调谐质量阻尼装置，包括：底座，包括具有预定长度和预定宽度的容纳腔；至少两个滑轨，沿底座的宽度方向并排且间隔设置于容纳腔内，滑轨沿底座的长度方向延伸且呈朝向底座凹陷的弧形设置；质量块，沿宽度方向套设于至少两个滑轨的外周侧，质量块与滑轨可滚动接触；调频装置，设置于质量块上且位于相邻的滑轨之间，并通过在质量块与滑轨之间施加可变的预紧力来调整调谐质量阻尼装置的频率。

根据本实用新型的一个方面，调谐质量阻尼装置还包括导向装置，导向装置设置于质量块的朝向至少两个滑轨的一侧，导向装置包括与滑轨可滚动接触的导向轮。

根据本实用新型的一个方面，质量块包括相对且间隔分布的第一支撑部和第二支撑部、设置于第一支撑部和第二支撑部之间的相对且间隔分布的第三支撑部和支撑板，第一支撑部、第二支撑部、第三支撑部和支撑板朝向至少两个滑轨的一侧分别设置有与导向轮可转动连接的第一支撑座。

根据本实用新型的一个方面，第一支撑部和第二支撑部对应于支撑板还分别设置有与导向轮可转动连接的第二支撑座。

根据本实用新型的一个方面，导向装置还包括：支撑轴，导向轮套设于支撑轴的外周侧；轴承，轴承的内圈套设于支撑轴的两端，轴承的外圈分别设置于第一支撑部、第二支撑部、第三支撑部和支撑板的第一支撑座内。

根据本实用新型的一个方面，滑轨包括间隔设置的第一板、第二板及连接第一板和第二板的第三板，第一板和第二板通过导向轮分别与各自对应的第三支撑部和支撑板滚动接触；至少两个滑轨中，靠近质量块设置的滑轨的第三板通过导向轮与第一支撑部或者第二支撑部可滚动接触。

根据本实用新型的一个方面，调频装置设置于相邻的滑轨之间的支撑板与第三支撑部之间，以在质量块与滑轨之间施加可变的预紧力。

根据本实用新型的一个方面，调频装置为紧固件和/或压缩弹簧，通过改变紧固件在支撑板与第三支撑部之间的旋合量或者改变压缩弹簧的数量或者改变压缩弹簧的长度来施加可变的预紧力。

根据本实用新型的一个方面，调频装置为磁性体，第三支撑部为导磁件，调频装置穿设支撑板并与第三支撑部之间保持预定气隙，通过改变预定气隙的大小来施加可变的预紧力。

根据本实用新型的一个方面，调谐质量阻尼装置还包括限位件，限位件设置于滑轨的长度方向的两端与底座之间。

另一方面，本实用新型还提出了一种风力发电机组，包括：塔架；机舱，设置于塔架的顶端；调谐质量阻尼装置，为如前所述的调谐质量阻尼装置，调谐质量阻尼装置通过底座安装于机舱内或者塔架内的安装平台上。

本实用新型提供的一种调谐质量阻尼装置及风力发电机组，通过在底座的容纳腔内设置并排且间隔分布的至少两个弧形滑轨，将质量块沿至少两个弧形滑轨的弧形轨迹滚动，并在质量块上且位于相邻的弧形滑轨之间的位置设置调频装置，该调频装置通过在质量块与弧形滑轨之间施加可变的预紧力，从而实现调谐质量阻尼装置自身的调频功能，结构紧凑、易于实现。

附图说明

下面将参考附图来描述本实用新型示例性实施例的特征、优点和技术效果。在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例绘制。

图1是本实用新型实施例提供的一种风力发电机组的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种调谐质量阻尼装置的结构示意图；

图3是图2所示的调谐质量阻尼装置沿A-A方向的剖面视图；

图4是图3所示的导向装置的详细结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的另一种调谐质量阻尼装置沿A-A方向的剖面视图；

图6是本实用新型实施例提供的另一种调谐质量阻尼装置沿A-A方向的剖面视图；

图7是是本实用新型实施例提供的另一种调谐质量阻尼装置沿A-A方向的剖面视图；

图8是本实用新型实施例提供的另一种调谐质量阻尼装置沿A-A方向的剖面视图。

附图标记说明：

1-底座；O-容纳腔；2-滑轨；21-第一板；22-第二板；23-第三板；3-质量块；31-第一支撑部；32-第二支撑部；33-第三支撑部；311-第一横向螺栓；321-第二横向螺栓；331-第三横向螺栓；34-支撑板；35-第一支撑座；4-调频装置；41-螺栓；42-垫片；43-螺母；44-压缩弹簧；5-导向装置；51-导向轮；52-支撑轴；53-轴承；6-限位件；

10-调谐质量阻尼装置；100-塔架；101-安装平台；200-机舱；300-叶轮。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本实用新型的具体结构进行限定。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸式连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了更好地理解本实用新型，下面结合图1至图8对本实用新型实施例提供的一种调谐质量阻尼装置及风力发电机组进行详细描述。

参阅图1，本实用新型实施例提供了一种风力发电机组，包括塔架100、机舱200、叶轮300和发电机(图中未示出)以及调谐质量阻尼装置10。

机舱200设置于塔架100的顶端，发电机设置于机舱200，可以位于机舱200的内部，也可以位于机舱200的外部。叶轮300包括轮毂以及连接于轮毂上的多个叶片，叶轮300通过轮毂与发电机的转轴连接。当外界自然风作用于叶片时，将带动整个叶轮300以及发电机的转轴转动，进而满足风力发电机组的发电要求。由于风力发电机组在运行时，会产生相应的振动，因此还设置了调谐质量阻尼装置(Tuned Mass Damper，TMD)10。

调谐质量阻尼装置10的减振原理是把TMD作为子结构附加到主结构上，主结构例如为机舱200或者塔架100内的安装平台101上，通过被动谐振将主结构的振动能量转移到子结构上，即TMD上，从而抑制主结构的振动。TMD的减振性能在于准确的调频，将TMD上的自振频率与主结构的频率相近，那么子结构的强烈振动会对主结构产生一个与外部激励反向的作用力，从而使得主结构的振动减小。

目前常用的调谐质量阻尼装置有单摆式、滑轨式和滚球式，其中弧形滑轨式阻尼器因结构紧凑、易于安装维护等优点被广泛应用于风力发电机组中。弧形滑轨式阻尼器的频率与滑轨的弧度有关，但弧形滑轨的弧度一经制造就无法改变，导致弧形滑轨式阻尼器存在无法调频的问题。

为此，本实用新型实施例提供了一种的可调频的调谐质量阻尼装置10，下面将结合图2至图8进一步描述。

请一并参阅图2和图3，本实用新型实施例提供的一种调谐质量阻尼装置，包括：底座1、至少两个滑轨2、质量块3和调频装置4。

底座1包括具有预定长度和预定宽度的容纳腔O。调谐质量阻尼装置通过底座1安装于机舱200内或者塔架100内的安装平台101上，例如通过螺栓等紧固件将底座1固定于机舱200内或者塔架100内的安装平台101上。

至少两个滑轨2沿底座1的宽度方向X并排且间隔设置于容纳腔O内，滑轨2沿底座1的长度方向Y延伸且呈朝向底座1凹陷的弧形设置。为了便于说明，本实施例以两个弧形滑轨2为例进行说明。

质量块3沿宽度方向X套设于至少两个滑轨2的外周侧，且质量块3与滑轨2可滚动接触。

调频装置4设置于质量块3上且位于相邻的滑轨2之间，并通过在质量块3与滑轨2之间施加可变的预紧力来调整调谐质量阻尼装置的频率。

本实施例中，滑轨2的弧形半径L与其自振频率f之间的关系式可以根据单摆的周期计算公式得出，即：

其中，g为重力加速度。

由此，质量块3为主要减振体，通过塔架100振动过程中质量块3沿滑轨2的弧长方向的摆动惯性力及其阻尼耗能装置达到机组减振的目的。其中，通过调频装置4可以将TMD的自振频率与主结构即塔架100的频率调整相近。

本实用新型实施例提供的一种调谐质量阻尼装置，通过在底座1的容纳腔O内设置并排且间隔分布的至少两个弧形滑轨2，将质量块3沿至少两个弧形滑轨2的弧形轨迹滚动，并在质量块3上且位于相邻的弧形滑轨2之间的位置设置调频装置4，该调频装置4通过在质量块3与弧形滑轨2之间施加可变的预紧力，从而实现调谐质量阻尼装置自身的调频功能，结构紧凑、易于实现。

再次参阅图3，为了使质量块3与滑轨2之间实现可滚动接触，本实用新型实施例提供的一种调谐质量阻尼装置还包括导向装置5，导向装置5设置于质量块3的朝向至少两个滑轨2的一侧，导向装置5包括与滑轨2可滚动接触的导向轮51。

进一步地，质量块3包括相对且间隔分布的第一支撑部31和第二支撑部32、设置于第一支撑部31和第二支撑部32之间的相对且间隔分布的第三支撑部33和支撑板34，第一支撑部31、第二支撑部32、第三支撑部33和支撑板34朝向至少两个滑轨2的一侧分别设置有与导向轮51可转动连接的第一支撑座35。

质量块3的材质为金属，例如铝合金。为了便于搬运质量块3，可选地，质量块3的第一支撑部31、第二支撑部32和第三支撑部33中的任一者可以由多层板件层叠设置而成，并通过横向螺栓将多层板件连接为一体。例如，第一支撑部31的多层板件通过第一横向螺栓311连接为一体，第二支撑部32的多层板件通过第二横向螺栓321连接为一体，第三支撑部33的多层板件通过第三横向螺栓331连接为一体。

参阅图4，导向装置5还包括支撑轴52和轴承53。

导向轮51套设于支撑轴52的外周侧，轴承53的内圈套设于支撑轴52的两端，轴承53的外圈分别设置于第一支撑部31、第二支撑部32、第三支撑部33和支撑板34朝向滑轨2一侧的第一支撑座35内。由此，质量块3的第一支撑部31、第二支撑部32、第三支撑部33和支撑板34分别通过导向装置5的可转动的导向轮51与滑轨2可滚动接触。

具体来说，滑轨2包括间隔设置的第一板21、第二板22及连接第一板21和第二板22的第三板23，第一板21和第二板22通过导向轮51分别与各自对应的第三支撑部33和支撑板34滚动接触；至少两个滑轨2中，靠近质量块3设置的滑轨2的第三板23通过导向轮51与第一支撑部31或者第二支撑部32可滚动接触。

当滑轨2的数量为三个或者更多个时，仅靠近质量块3设置的滑轨2第三板23通过导向轮51与第一支撑部31或者第二支撑部32可滚动接触，其余滑轨2的第三板23不与导向轮接触，仅第一板21和第二板22通过导向轮51分别与各自对应的第三支撑部33和支撑板34滚动接触。

进一步地，调频装置4设置于相邻的滑轨2之间的支撑板34与第三支撑部33之间，以在质量块3与滑轨2之间施加可变的预紧力，进而实现调整调谐质量阻尼装置的调频功能。

可选地，调频装置4为紧固件，通过改变紧固件在支撑板34与第三支撑部33之间的旋合量来施加可变的预紧力。具体来说，支撑板34上对应于相邻的滑轨2之间的位置设置有通孔，第三支撑部33上对应设置有螺纹孔，调频装置4为长螺栓，其穿过支撑板34的通孔并与第三支撑部33的螺纹孔连接，改变长螺栓的旋合量，即可调整质量块3与滑轨2之间的预紧力的大小。

另外，如图2所示，本实用新型实施例提供的一种调谐质量阻尼装置还包括限位件6，限位件6设置于滑轨2的长度方向的两端与底座1之间。限位件6可以为橡胶材料或者柔性缓冲器，通过螺栓连接在滑轨2的两端，从而可以为质量块3提供回弹力，防止质量块3直接撞击底座1的侧壁而损坏底座1。

参阅图5，本实用新型实施例还提供了一种调谐质量阻尼装置，其与图3所示的调谐质量阻尼装置结构类似，不同之处在于，第一支撑部31和第二支撑部32对应于支撑板34还分别设置有与导向轮51可转动连接的第二支撑座(图中未示出)。其中，第二支撑座的结构与图4中的第一支撑座35的结构类似或者相同。

由于支撑板34与第一支撑部31和第二支撑部32之间分别通过导向轮51实现滚动摩擦，可以进一步减小质量块3沿滑轨2的弧长方向的往复摆动过程中的摩擦力，提高质量块3沿滑轨2自由滑动的顺滑性，进而实现机组减振的目的。

参阅图6，本实用新型实施例还提供了一种调谐质量阻尼装置，其与图5所示的调谐质量阻尼装置结构类似，不同之处在于，调频装置4为压缩弹簧。压缩弹簧的长度两端分别设置有挂钩，其中一个挂钩挂接于支撑板34，另一个挂钩挂接于第三支撑部33。

可选地，压缩弹簧的数量可以为多个，多个压缩弹簧设置于相邻的滑轨2之间的支撑板34与第三支撑部33之间，通过改变压缩弹簧的数量，可以在质量块3与滑轨2之间施加可变的预紧力，进而实现调整调谐质量阻尼装置的调频功能。

参阅图7，本实用新型实施例还提供了一种调谐质量阻尼装置，其与图5或者图6所示的调谐质量阻尼装置结构类似，不同之处在于，调频装置4包括紧固件和压缩弹簧44。

紧固件包括螺栓41、垫片42和螺母43，支撑板34上对应于相邻的滑轨2之间的位置设置有通孔，螺栓41穿过该通孔，螺栓41的螺帽与支撑板34之间设置有多个垫片42，螺栓41远离螺帽的一端设置有螺母43，螺栓41与螺母43螺纹连接。压缩弹簧44的长度两端分别设置有挂钩，其中一个挂钩挂接于螺母43，另一个挂钩挂接于第三支撑部33。

可选地，对于数量确定的压缩弹簧44，可以通过调整垫片42的厚度或者改变螺栓41与螺母43的旋合量来调整压缩弹簧44的长度，从而可以调整质量块3与滑轨2之间的预紧力的大小。可选地，通过改变压缩弹簧44的数量，可以调整质量块3与滑轨2之间的预紧力的大小，进而实现调整调谐质量阻尼装置的调频功能。

参阅图8，本实用新型实施例还提供了一种调谐质量阻尼装置，其与图5～图7所示的调谐质量阻尼装置结构类似，不同之处在于，调频装置4为磁性体。第三支撑部33为导磁件，调频装置4穿设支撑板34并与第三支撑部33之间保持预定气隙，通过改变预定气隙的大小来施加可变的预紧力。

可选地，调频装置4包括螺栓41、垫片42和螺母43，其中至少螺母43为具有磁性的磁性体。例如，螺栓41和螺母43均为具有磁性的磁性体。支撑板34上对应于相邻的滑轨2之间的位置设置有通孔，螺栓41穿过该通孔，螺栓41的螺帽与支撑板34之间设置有多个垫片42，螺栓41远离螺帽的一端设置有螺母43，螺栓41与螺母43螺纹连接。

可选地，第三支撑部33为导磁件，其材质为铁、镍或者其它导磁合金。质量块3的第一支撑部31、第二支撑部32和支撑板34的材质为铝合金等，以降低质量块3的制作成本。螺母43与第三支撑部33之间保持预定气隙，产生磁拉力，可以通过调整垫片42的厚度或者改变螺栓41与螺母43的旋合量来改变预定气隙的大小，从而可以在质量块3与滑轨2之间施加可变的磁拉力，进而实现调整调谐质量阻尼装置的调频功能。

本实用新型提供的一种风力发电机组，通过在机舱200内或者塔架100内的安装平台101上设置如前所述的调谐质量阻尼装置10，通过调谐质量阻尼装置10的调频装置4可以实现调谐质量阻尼装置自身的调频功能，使TMD的自振频率与塔架100的频率调整相近，从而达到风力发电机组减振的目的。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (11)

1.一种调谐质量阻尼装置，其特征在于，包括：

底座(1)，包括具有预定长度和预定宽度的容纳腔(O)；

至少两个滑轨(2)，沿所述底座(1)的宽度方向(X)并排且间隔设置于所述容纳腔(O)内，所述滑轨(2)沿所述底座(1)的长度方向(Y)延伸且呈朝向所述底座(1)凹陷的弧形设置；

质量块(3)，沿所述宽度方向(X)套设于所述至少两个滑轨(2)的外周侧，且所述质量块(3)与所述滑轨(2)可滚动接触；

调频装置(4)，设置于所述质量块(3)上且位于相邻的所述滑轨(2)之间，并通过在所述质量块(3)与所述滑轨(2)之间施加可变的预紧力来调整所述调谐质量阻尼装置的频率。

2.根据权利要求1所述的调谐质量阻尼装置，其特征在于，还包括导向装置(5)，所述导向装置(5)设置于所述质量块(3)的朝向所述至少两个滑轨(2)的一侧，所述导向装置(5)包括与所述滑轨(2)可滚动接触的导向轮(51)。

3.根据权利要求2所述的调谐质量阻尼装置，其特征在于，所述质量块(3)包括相对且间隔分布的第一支撑部(31)和第二支撑部(32)、设置于所述第一支撑部(31)和所述第二支撑部(32)之间的相对且间隔分布的第三支撑部(33)和支撑板(34)，所述第一支撑部(31)、所述第二支撑部(32)、所述第三支撑部(33)和所述支撑板(34)朝向所述至少两个滑轨(2)的一侧分别设置有与所述导向轮(51)可转动连接的第一支撑座(35)。

4.根据权利要求3所述的调谐质量阻尼装置，其特征在于，所述第一支撑部(31)和所述第二支撑部(32)对应于所述支撑板(34)还分别设置有与所述导向轮(51)可转动连接的第二支撑座。

5.根据权利要求3所述的调谐质量阻尼装置，其特征在于，所述导向装置(5)还包括：

支撑轴(52)，所述导向轮(51)套设于所述支撑轴(52)的外周侧；

轴承(53)，所述轴承(53)的内圈套设于所述支撑轴(52)的两端，所述轴承(53)的外圈分别设置于所述第一支撑部(31)、所述第二支撑部(32)、所述第三支撑部(33)和所述支撑板(34)的所述第一支撑座(35)内。

6.根据权利要求3所述的调谐质量阻尼装置，其特征在于，所述滑轨(2)包括间隔设置的第一板(21)、第二板(22)及连接所述第一板(21)和所述第二板(22)的第三板(23)，所述第一板(21)和所述第二板(22)通过所述导向轮(51)分别与各自对应的所述第三支撑部(33)和所述支撑板(34)滚动接触；所述至少两个滑轨(2)中，靠近所述质量块(3)设置的所述滑轨(2)的所述第三板(23)通过所述导向轮(51)与所述第一支撑部(31)或者所述第二支撑部(32)可滚动接触。

7.根据权利要求3所述的调谐质量阻尼装置，其特征在于，所述调频装置(4)设置于相邻的所述滑轨(2)之间的所述支撑板(34)与所述第三支撑部(33)之间，以在所述质量块(3)与所述滑轨(2)之间施加可变的预紧力。

8.根据权利要求7所述的调谐质量阻尼装置，其特征在于，所述调频装置(4)为紧固件和/或压缩弹簧，通过改变所述紧固件在所述支撑板(34)与所述第三支撑部(33)之间的旋合量或者改变所述压缩弹簧的数量或者改变所述压缩弹簧的长度来施加可变的预紧力。

9.根据权利要求7所述的调谐质量阻尼装置，其特征在于，所述调频装置(4)为磁性体，所述第三支撑部(33)为导磁件，所述调频装置(4)穿设所述支撑板(34)并与所述第三支撑部(33)之间保持预定气隙，通过改变所述预定气隙的大小来施加可变的预紧力。

10.根据权利要求1所述的调谐质量阻尼装置，其特征在于，所述调谐质量阻尼装置还包括限位件(6)，所述限位件(6)设置于所述滑轨(2)的长度方向的两端与所述底座(1)之间。

11.一种风力发电机组，其特征在于，包括：

塔架(100)；

机舱(200)，设置于所述塔架(100)的顶端；

调谐质量阻尼装置(10)，为如权利要求1至10任一项所述的调谐质量阻尼装置，所述调谐质量阻尼装置(10)通过底座(1)安装于所述机舱(200)内或者所述塔架(100)内的安装平台(101)上。

Images