CN217501236U - C字型调谐液柱阻尼器和塔筒 - Google Patents

Abstract

本公开实施例提供的C字型调谐液柱阻尼器和塔筒，包括：外壳，外壳内设有底板；位于外壳内底板上方且与外壳同心设置的内壳，内壳远离底板的一端为敞口端、靠近底板的一端为封闭端；均匀分布于外壳与内壳的侧壁之间的若干隔板，且隔板的两端分别与内壳的两端齐平；由任意两相邻隔板以及位于该两相邻隔板间的外壳侧壁和内壳侧壁围合形成的检修通道，在检修通道正对的底板上开设检修孔，并将该两相邻隔板以及该两相邻隔板间的内壳侧壁延伸至与底板相接处；填充于除去检修通道的内壳、外壳与相邻隔板之间以及内壳的封闭端与底板之间的液体；和设置在检修通道内的爬梯。本阻尼器的竖直段液柱呈C字型，可实现受控结构的多向减振，且为检修预留通道。

Description

C字型调谐液柱阻尼器和塔筒

技术领域

本公开属于振动控制技术领域，特别涉及一种C字型调谐液柱阻尼器和具有该C字型调谐液柱阻尼器的塔筒。

背景技术

近年来，海上风力发电结构呈现出高塔筒、长桨叶、大容量等特点。塔筒作为海上风电系统的支撑结构，需要将桨叶和发电机组抬高至设计高度以获取足够的风能用于发电。具体而言，风机支撑结构由塔筒、连接结构、桩基等部分组成，形式复杂。同时，支撑结构需要承受桨叶、轮毂、机组的重力荷载，又受到波浪、风荷载的联合作用，其动力响应特性十分复杂，显著影响着海上风电结构的工作状态和疲劳损伤，因此需要密切关注海上风机塔筒的结构安全。应当为风力发电机组的塔筒配置相应的减振阻尼器，在控制层面提高对振动引起的突然破坏与疲劳破坏的应对能力。类似地，当通信塔、烟囱、导管架和高桩承台过渡段等处于复杂工作环境时也存在上述问题。

调谐液柱阻尼器(Tuned Liquid Column Damper，TLCD)通常为U型的矩形水箱，水箱中盛满液体，通过调节液体长度使得TLCD频率接近受控对象的频率，振动时依靠液体运动和边界层中的粘性作用导致的液体水头损失而实现消能。一般的TLCD只能控制结构单一方向的振动响应，而对风力发电机组影响最主要的风荷载、浪荷载、地震荷载等荷载的输入方向具有不确定性，因此无法实现风力发电机组的多方向减振耗能。另外，一般的TLCD的液柱分为水平段液柱和竖直段液柱，在风力发电机组的塔筒中设置水平段液柱很可能阻碍工作人员进入机舱进行检修维护，造成塔筒内交通的不便。

发明内容

本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本公开第一方面实施例提供的为保证阻尼器内交通便利和实现对受控结构对向减震能耗的C字型调谐液柱阻尼器，包括：

外壳，所述外壳内设有底板；

内壳，所述内壳位于所述外壳内的所述底板上方，且与所述外壳同心设置，所述内壳远离所述底板的一端为敞口端，所述内壳靠近所述底板的一端为封闭端；

若干隔板，若干所述隔板均匀分布于所述外壳的侧壁与所述内壳的侧壁之间，且所述隔板的两端分别与所述内壳的两端齐平；

检修通道，所述检修通道为由任意两相邻的所述隔板以及位于该两相邻所述隔板间的所述外壳侧壁和所述内壳侧壁围合形成的区域，在该区域正对的所述底板上开设检修孔，并将该两相邻的所述隔板以及该两相邻所述隔板间的内壳侧壁延伸至与所述底板相接处；

液体，所述液体填充于除去所述检修通道的所述内壳、所述外壳与相邻的所述隔板之间以及所述内壳的封闭端与所述底板之间，填充有所述液体的所述调谐液柱阻尼器具有C字型横截面；和

爬梯，所述爬梯设置在所述检修通道内。

本公开第一方面实施例提供的调谐液柱阻尼器，具有以下特点及有益效果：

通过在受控结构内部设置检修通道、爬梯、底板、内壳、若干隔板、液体，利用水位的变化进行阻尼器调频。液体高于内壳底部水平面的部分形成带开口的圆形的液环，实现受控结构的多向减振耗能，克服TLCD只能控制受控结构单一方向的振动响应的局限性，可达到降低受控结构的疲劳荷载，延长受控结构的使用寿命的效果。由于底板设置的扇形缺口，预留出检修通道，克服TLCD水平段液体阻碍工作人员进入受控结构进行检修维护，造成受控结构内交通不便的问题。利用受控结构截面为圆环形的特点，因此该结构在水平面内两个正交方向上具有几乎相同的自振频率，本公开实施例提供的调谐液柱阻尼器的几何构型接近于圆形，其在各个方向具有几乎相同的自振频率，因此可以实现在水平各方面的振动控制。受控结构在服役期间承受循环的外界荷载，其自振频率可能发生变化，为了实现最优的振动控制，本公开实施例提供的阻尼器的频率应当接近于受控结构的自振频率，通过调整水位即可实现阻尼器频率的调整，方便易行。

在一些实施例中，所述外壳和所述内壳均呈圆柱形。

在一些实施例中，所述内壳的侧壁与所述外壳的侧壁之间的净距为所述外壳内直径的10％～40％，所述内壳的封闭端至所述底板的垂直距离为所述底板直径的10％～40％。

在一些实施例中，所述液体的质量为受控结构被控模态质量的0.5％～10％。

在一些实施例中，所述隔板的个数N为正偶数，且满足：8≤N≤12。

在一些实施例中，所述外壳、所述底板、所述内壳、所述隔板上与所述液体接触的部分，分别覆盖耐腐蚀层。

在一些实施例中，所述爬梯设置在所述检修通道内的所述外壳的内侧壁上。

在一些实施例中，所述C字型调谐液柱阻尼器设置于所述受控结构上振动最为剧烈的位置处。

本公开第二方面实施例提供的塔筒，包括塔筒本体和根据本公开第一方面任一实施例提供的C字型调谐液柱阻尼器，其中，将所述塔筒本体作为所述C字型调谐液柱阻尼器内的所述外壳。

在一些实施例中，所述塔筒为海上风力发电机组的塔筒。

附图说明

图1为本公开第一方面实施例提供的C字型调谐液柱阻尼器的结构示意图。

图2为图1所示C字型调谐液柱阻尼器的俯视图。

图3为图2所示C字型调谐液柱阻尼器在A-A截面上的剖视图。

图4为图2所示C字型调谐液柱阻尼器在B-B截面上的剖视图。

图中标号：

1—外壳；2—检修通道；21—检修孔；3—爬梯；4—底板；5—内壳；6—隔板；7—液体。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，并不用于限定本申请。

相反，本申请涵盖任何由权利要求定义的在本申请精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本申请有更好的了解，在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。

参见图1～4，本公开第一方面实施例提供的C字型调谐液柱阻尼器，包括：

外壳1，外壳1内设有底板4；

内壳5，位于外壳1内的底板4上方，且与外壳1同心设置，内壳5远离底板4的一端为敞口端，内壳5靠近底板4的一端为封闭端；

若干隔板6，若干隔板6均匀分布于外壳1的侧壁与内壳5的侧壁之间，且隔板6的两端分别与内壳5的两端齐平；

检修通道2，检修通道2为由任意两相邻的隔板6以及位于该两相邻隔板间的外壳1侧壁和内壳5侧壁围合形成的区域，在该区域正对的底板4上开设检修孔21，并将该两相邻的隔板6以及该两相邻隔板间的内壳5侧壁延伸至与底板4相接处；

液体7，液体7填充于除去检修通道2的内壳5、外壳1与相邻隔板6之间以及内壳5的封闭端与底板4之间，填充有液体7的本调谐液柱阻尼器具有C字型横截面；和

爬梯3，爬梯3设置在检修通道2内。

在一些实施例中，外壳1呈圆柱形，将外壳1设置在受控结构(指具有圆形截面的空心结构，如风力发电机组的塔筒、通信塔、烟囱、导管架、高桩承台过渡段和单桩桩顶等)的振动最为剧烈的位置处(一般为受控结构的顶部)，可以最大化液体7的振荡作用，从而产生最优的振荡回复力和阻尼力，以达到最优的减振控制效果。底板4呈圆形，底板4的直径与外壳1的内直径相同，将底板4固定在外壳1的内侧壁上。

在一些实施例中，内壳5呈圆柱形，内壳5的侧壁与外壳1的侧壁之间的净距根据液体7的质量设置，一般控制在外壳1内直径的10％～40％。内壳5的封闭端至底板4的垂直距离根据液体7的质量设置，一般控制在底板4直径的10％～40％。

在一些实施例中，当受控结构受到外界荷载(如风荷载、浪荷载、地震荷载等)时，本调谐液柱阻尼器内的液体7随着受控结构的来回振动而振荡，液体7的振荡回复力和边界层中的粘性作用导致的阻尼力可降低受控结构的动力响应，改善受控结构的阻尼特性，实现受控结构的多方向减振，保证受控结构的长期安全运行。

在一些实施例中，液体7可采用纯净水、海水，或粘性液体，如油、甘油等。液体7的水平段填充于底板4和内壳5的封闭端之间，液体7的竖直段填充于外壳1内侧、底板4、内壳5外侧和隔板6之间。液体7的质量应为受控结构被控模态质量的0.5％～10％，在此范围内阻尼器具有较高的控制效率且阻尼器自重对受控结构的影响较小。

在一些实施例中，设置在外壳1与内壳5的侧壁之间的隔板6的个数N应为正偶数，8≤N≤12，如1所示阻尼器中，设有N＝8个隔板。通过设置若干隔板6，将外壳1和内壳5的侧壁之间均分分隔为N个容纳腔，在采用具有圆形截面的外壳1的前提下，设置N个隔板6后，本质上可以看成是由多个对称布置的U型液柱阻尼器共同构成的整体呈带有开口的圆环状(即C字型)的液柱阻尼器，由于圆环的形状在水平各方向上具有对称性，因此无论外界荷载从哪一个方向作用于受控结构，液体7均可以在荷载方向上来回振荡耗散能量，这实现了受控结构的多方向振动控制。

进一步地，隔板6为矩形，各隔板6围绕内壳5的轴线互成45°角发散布置，均匀地分布于外壳1和内壳5之间。

在一些实施例中，外壳1、底板4、内壳5、N个隔板6和爬梯3均由钢制成，且与液体7接触的部分覆盖耐腐蚀的保护层，例如矿物性油脂、油漆或耐腐蚀金属等。

在一些实施例中，当工作人员需要对受控结构内的工作器件进行检修维护时，可以在本阻尼器内进行上下攀爬，检修通道2和爬梯3的设置为受控结构内的上下交通预留了足够的空间。可选地，将爬梯3设置在检修通道2内外壳1的内侧壁上，且可根据攀爬要求设置爬梯的长度。因此，本公开第一方面提供的调谐液柱阻尼器既可以实现对受控结构的多向振动控制，又不影响其内部的上下交通。

在一个实施例中，将本公开实施例提供的调谐液柱阻尼器设置在风力发电机组的塔筒顶部，即接近机舱的位置，此时，调谐液柱阻尼器的外壳1替换为塔筒的筒体，即直接由塔筒的筒体作为外壳1。本实施例利用了风力发电机的塔筒的圆形截面，本质上可以看成是由多个对称布置的U型液柱阻尼器共同构成的整体呈带有开口的圆环状(即C字型)液柱阻尼器，由于圆环的形状在水平各方向上具有对称性，因此无论外界荷载(如风荷载、浪荷载、地震荷载等)从哪一个方向作用于风力发电机组，液体7均可以在荷载方向上来回振荡耗散能量，这实现了风力发电机组的多方向振动控制，降低塔筒的疲劳荷载，延长使用寿命。阻尼器的质量选取原则是：液体7的质量为风力发电机组被控模态质量的0.5％～10％。

本公开第二方面实施例提供的塔筒，包括塔筒本体和本公开第一方面实施例提供的C字型调谐液柱阻尼器，其中，将塔筒本体作为所述C字型调谐液柱阻尼器内的外壳1。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本公开的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本公开的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本公开的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种C字型调谐液柱阻尼器，其特征在于，包括：

外壳（1），所述外壳（1）内设有底板（4）；

内壳（5），所述内壳（5）位于所述外壳（1）内的所述底板（4）上方，且与所述外壳（1）同心设置，所述内壳（5）远离所述底板（4）的一端为敞口端，所述内壳（5）靠近所述底板（4）的一端为封闭端；

若干隔板（6），若干所述隔板（6）均匀分布于所述外壳（1）的侧壁与所述内壳（5）的侧壁之间，且所述隔板（6）的两端分别与所述内壳（5）的两端齐平；

检修通道（2），所述检修通道（2）为由任意两相邻的所述隔板（6）以及位于该两相邻所述隔板（6）间的所述外壳（1）侧壁和所述内壳（5）侧壁围合形成的区域，在该区域正对的所述底板（4）上开设检修孔（21），并将该两相邻的所述隔板（6）以及该两相邻所述隔板间的内壳（5）侧壁延伸至与所述底板（4）相接处；

液体（7），所述液体（7）填充于除去所述检修通道（2）的所述内壳（5）、所述外壳（1）与相邻的所述隔板（6）之间以及所述内壳（5）的封闭端与所述底板（4）之间，填充有所述液体（7）的所述调谐液柱阻尼器具有C字型横截面；和

爬梯（3），所述爬梯（3）设置在所述检修通道（2）内。

2.根据权利要求1所述的C字型调谐液柱阻尼器，其特征在于，所述外壳（1）和所述内壳（5）均呈圆柱形。

3.根据权利要求1所述的C字型调谐液柱阻尼器，其特征在于，所述内壳（5）的侧壁与所述外壳（1）的侧壁之间的净距为所述外壳（1）内直径的10%~40%，所述内壳（5）的封闭端至所述底板（4）的垂直距离为所述底板（4）直径的10%~40%。

4.根据权利要求1所述的C字型调谐液柱阻尼器，其特征在于，所述液体（7）的质量为受控结构被控模态质量的0.5%~10%。

5.根据权利要求1所述的C字型调谐液柱阻尼器，其特征在于，所述隔板（6）的个数N为正偶数，且满足：8≤N≤12。

6.根据权利要求1所述的C字型调谐液柱阻尼器，其特征在于，所述外壳（1）、所述底板（4）、所述内壳（5）、所述隔板（6）上与所述液体（7）接触的部分，分别覆盖耐腐蚀层。

7.根据权利要求1所述的C字型调谐液柱阻尼器，其特征在于，所述爬梯（3）设置在所述检修通道（2）内的所述外壳（1）的内侧壁上。

8.根据权利要求1~7中任一项所述的C字型调谐液柱阻尼器，其特征在于，所述C字型调谐液柱阻尼器设置于受控结构上振动最为剧烈的位置处。

9.一种塔筒，其特征在于，包括塔筒本体和根据权利要求1~7中任一项所述的C字型调谐液柱阻尼器，其中，将所述塔筒本体作为所述C字型调谐液柱阻尼器内的所述外壳（1）。

10.根据权利要求9所述的塔筒，其特征在于，所述塔筒为海上风力发电机组的塔筒。

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