ES2902362T3

ES2902362T3 - Construcción de recintoexterior que tiene la función de suprimir vibraciones inducidas por vórtices y procedimiento para suprimir vibraciones inducidas por vórtices

Info

Publication number: ES2902362T3
Application number: ES18765346T
Authority: ES
Inventors: Shengjun Ma
Original assignee: Beijing Goldwind Science and Creation Windpower Equipment Co Ltd
Current assignee: Beijing Goldwind Science and Creation Windpower Equipment Co Ltd
Priority date: 2017-09-11
Filing date: 2018-02-24
Publication date: 2022-03-28
Anticipated expiration: 2038-02-24
Also published as: US20210095641A1; EP3480454B1; EP3480454A1; CN107605666A; US11506180B2; CN107605666B; AU2018229468B2; WO2019047484A1; EP3480454A4; AU2018229468A1

Abstract

Un recinto con función de supresión de vibraciones inducidas por vórtices, en donde: el recinto está provisto de orificios pasantes de succión (100a) que se extienden a través de una pared periférica del recinto, y los orificios pasantes de succión (100a) están distribuidos en una dirección circunferencial del recinto; el recinto está provisto además de un aparato de succión, y el aparato de succión está configurado para realizar la succión a través de los orificios pasantes de succión (100a) de fuera hacia dentro, para impedir que una capa límite de flujo de aire en una superficie exterior del recinto se separe de la superficie exterior; se proporciona una carcasa (701) en el recinto, y la carcasa (701) y una superficie interior de una región, provista de los orificios pasantes de succión (101a), del recinto encierran una cavidad de succión anular cerrada; el aparato de succión está configurado para succionar la cavidad de succión, para realizar la succión a través de los orificios pasantes de succión (100a) de fuera hacia dentro; y caracterizado por que, se proporcionan además particiones (702) en la cavidad de succión, y las particiones (702) dividen la cavidad de succión en una pluralidad de cámaras de succión (704) distribuidas circunferencialmente; un flujo entrante en un lado de barlovento forma una separación de flujo de derivación cuando fluye alrededor del recinto, y el aparato de succión está configurado para succionar solo la cámara de succión (704) correspondiente a una posición de la separación de flujo de derivación.

Description

DESCRIPCIÓN

Construcción de recintoexterior que tiene la función de suprimir vibraciones inducidas por vórtices y procedimiento para suprimir vibraciones inducidas por vórtices

Campo

La presente solicitud se refiere al campo técnico de los cerramientos y, en particular, a un recinto con una función de supresión de vibraciones inducidas por vórtices y a un procedimiento para suprimir vibraciones inducidas por vórtices.

Antecedentes

Se hace referencia a la figura 1-1, que es una vista esquemática que muestra la composición de un dispositivo de generación de energía eólica.

La base del dispositivo de generación de energía eólica es una torre 10, que lleva y encierra toda la máquina. Tomando como ejemplo una torre 10 que tiene una sección circular, la torre 10 puede ser una torre de acero o una combinación de una torre de acero y una torre de hormigón. La torre 10 lleva una góndola 30, un generador, y un impulsor 20 del dispositivo de generación de energía eólica. Un grupo generador de energía eólica compuesto por el impulsor 20 y el generador se utiliza para adquirir energía eólica y convertir la energía eólica en energía eléctrica. La energía eléctrica convertida se transmite a través de un cable de transmisión de potencia 40 o una barra colectora de transmisión de potencia. El cable de transmisión de potencia 40 mostrado en la figura sale de la góndola 30 y su posición está limitada por un anillo de retención del cable, estando dispuesto el anillo de retención del cable en la parte superior de la torre 10 y está fijado a una placa de fijación 50 del anillo de retención del cable. El cable de transmisión de potencia 40 pasa luego por un soporte a horcajadas 60 y se suspende a lo largo de una pared interior de la torre 100 hasta un armario de convertidor 70. Una puerta 80 de la torre se proporciona además en un extremo inferior de la torre 10.

La energía eléctrica obtenida por la conversión es controlada por un armario de distribución del conjunto generador de energía eólica y se transmite por medio del cable de transmisión de potencia 40 o la barra colectora de transmisión de potencia a un convertidor (en el armario de convertidor 70) para realizar la conversión de la energía eléctrica, y después de que el convertidor trate la energía eléctrica, se puede obtener la energía eléctrica que cumpla con los requisitos de la regla de acceso a la red eléctrica. Por lo tanto, la torre 10 del dispositivo de generación de energía eólica puede considerarse como un poste de torre para la generación de energía eólica, y principalmente juega un papel de soporte en el dispositivo de generación de energía eólica.

Además, la torre 10 soporta cargas de viento estructurales generadas por la góndola 30, el impulsor 20 y el generador, o las vibraciones a favor del viento y las vibraciones del viento cruzado resultado de las cargas de viento estructurales, es decir, problemas de vibración estructural inducida por el viento.

Se hace referencia a la figura 1-2, que es una vista esquemática que muestra la torre elevada en segmentos.

La torre 10 generalmente se instala en segmentos actualmente, y como se muestra en la figura 1-2, como un ejemplo, los segmentos de la torre incluyen secuencialmente, desde la parte inferior a la parte superior, un primer segmento de torre 11, un segundo segmento de torre 12, un tercer segmento de torre 13, un cuarto segmento de torre 14 y un quinto segmento de torre 15. En el proceso de instalación del dispositivo de generación de energía eólica, el primer segmento de torre 11 se instala en una cimentación 90 de la torre 10 primero, y luego otros segmentos de torre se elevan individualmente, y después de que los segmentos de torre se conectan entre sí, la parte superior de la torre 10 (el quinto segmento de torre 15 en la figura 1-2) está conectada a un sistema de guiñada de la góndola 30, y la góndola 30 está acoplada con el generador de potencia y el generador de potencia (o una caja de cambios) está acoplado con el impulsor 20.

El proceso de elevación específico es el siguiente.

Antes de elevar la torre 10, se limpia primero un anillo de cimentación de la cimentación 90 configurado para conectarse al primer segmento de torre 11, y se colocan múltiples pernos (tal como 120 pernos) en un anillo interior de la cimentación después de engrasar las porciones roscadas de los pernos, y mientras tanto, un armario de control del dispositivo de generación de energía eólica se eleva en el anillo de cimentación.

Un aparato de elevación está montado en un extremo superior del primer segmento de torre 11, aquí, el extremo superior del primer segmento de torre 11 se eleva mediante un polipasto principal y, al mismo tiempo, también se monta un aparato de elevación en un extremo inferior del primer segmento de torre 11, y aquí el extremo inferior del primer segmento de torre se eleva mediante un elevador auxiliar para la torre. Los dos polipastos elevan el primer segmento de torre al mismo tiempo. Cuando la altitud del primer segmento de torre 11 es mayor que el diámetro máximo del primer segmento de torre 11, el polipasto principal se eleva por el extremo superior del primer segmento de torre 11 y el polipasto auxiliar deja de funcionar. Cuando el primer segmento de torre 11 se eleva perpendicular al suelo, se retira el polipasto auxiliar y se retira el aparato de elevación en el extremo inferior del primer segmento de torre 11.

Después de conectar una superficie de brida del primer segmento de torre 11, los pernos se pasan a través de la superficie de la brida desde abajo hacia arriba, y las tuercas se instalan y se aprietan por medio de una llave eléctrica. Las tuercas se aprietan al menos 3 veces (hasta que finaliza el procedimiento de elevación de todo el dispositivo de generación de energía eólica, a continuación, las tuercas de conexión de la torre se aprietan mediante una llave dinamométrica para alcanzar el valor de par requerido).

Los procesos de elevación del resto de los segmentos de la torre son los mismos que los del primer segmento de torre 11, y después de que termina la elevación del segmento de torre superior, está preparado para elevar la góndola.

Los procedimientos de instalación anteriores de acoplamiento y conexión se llevan a cabo en condiciones en las que los vientos locales en un entorno regional pequeño de un parque eólico son impredecibles. Por lo tanto, en el proceso de elevación e instalación, a menudo se encuentran ráfagas de fuerza variable o vientos suaves continuos. Como se ha descrito anteriormente, estas ráfagas o viento continuo pueden inducir vibraciones de la torre, destruir la estabilidad del recinto y poner en peligro a las personas y los equipos en el sitio, y retrasar el período de instalación. Por ejemplo, después de que se eleva el cuarto segmento de torre 14, el cuarto segmento de torre 14 puede vibrar, de modo que el quinto segmento de torre 15 no se pueda alinear; e incluso, los pernos fijados pueden romperse bajo la acción de vibraciones, comprometiendo así la seguridad.

En la actualidad, los requisitos de seguridad del proyecto para el proceso de elevación de la industria eólica establecen claramente que está prohibido elevar el grupo de palas cuando la velocidad del viento es superior a 6 m/s; La elevación de la góndola está estrictamente prohibida cuando la velocidad del viento es superior a 8 m/s, y la elevación de la torre está estrictamente prohibida cuando la velocidad del viento es superior a 10 m/s. Por consiguiente, el progreso de elevación en el sitio y el período de instalación están obviamente limitados por las condiciones del viento en la región local. Para la construcción de parques eólicos en regiones de gran altitud y alta montaña, la duración del proyecto es aún más propensa a verse afectada negativamente.

Se hace referencia a las figuras 2 a 3-6, La figura 2 es una vista esquemática que muestra la estructura de una torre que tiene una determinada función de supresión de vibraciones en la tecnología convencional; Las figuras 3-1 a 3-6 son vistas esquemáticas que muestran la relación entre la separación de vórtice de un cilindro (separación del flujo de derivación) y seis intervalos del número de Reynolds. Los seis intervalos del número de Reynolds (Re) son respectivamente Re<5, 5<Re<15, 40<Re<150, 150<Re<3x105, 3x105<Re<3x106 y Re>3x106 de las figuras 3-1 a 3-6.

De acuerdo con diferentes patrones de flujo de aire alrededor de las estructuras de los objetos, las estructuras se dividen en un cuerpo escarpado y un cuerpo aerodinámico, tal como un ala de avión o una vela.

Cuando Re<5, el flujo de fluido está unido a toda la superficie del cilindro, es decir, el flujo de fluido no está separado.

Cuando 5<Re<40, el flujo sigue siendo simétrico, pero se produce una separación de flujo, y dos vórtices estables dispuestos simétricamente se forman en un lado de sotavento, y los vórtices se estiran hacia fuera a medida que aumenta el número de Reynolds, resultando en la malformación de los vórtices.

Cuando 40<Re<150, a partir del número de Reynolds Re=40, los vórtices se desprenderán alternativamente desde un lado posterior de la superficie del cilindro y fluirán hacia el fluido cerca de la parte posterior del cilindro para formar una capa de cizallamiento. La capa de cizallamiento inestable pronto se enrolla en vórtices y fluye corriente abajo, formando la calle del vórtice Karman, es decir, la vibración inducida por el vórtice. La separación de vórtices aquí es regular y periódica.

Cuando 150<Re<300, es un período de transición de flujo laminar a flujo turbulento, aquí la separación periódica de vórtices está cubierta por un flujo turbulento irregular.

Cuando 300<Re<3x105, se la conoce como una región subcrítica. La estela cilíndrica se presenta principalmente como una estela turbulenta después de la separación. La separación de vórtices comienza a ser irregular, y el período de la frecuencia de separación de vórtices se puede definir aproximadamente, sin embargo, la fuerza perturbadora en la separación de vórtices ya no será simétrica, sino aleatoria.

Cuando 3x105<Re<3x106, se conoce como una región supercrítica. El punto de separación del vórtice se mueve hacia atrás, y la calle del vórtice no se puede identificar y se convierte en un vórtice completamente no periódico.

Cuando 3x106<Re, se conoce como una región transcrítica, la estela en la parte trasera del cilindro está muy desordenada, pero también presenta una separación regular de vórtices.

Cuando un flujo de aire uniforme fluye (barridos pasados, fluye alrededor) un cuerpo empinado (cuerpo cilíndrico), la separación de vórtice periódica generada en la parte posterior de la sección transversal del cilindro puede producir una fuerza de acción que cambia periódicamente, es decir, la fuerza inducida por el vórtice, sobre una estructura (la superficie de contacto de la torre). Un extremo inferior de la estructura de la torre alrededor del cual fluye el flujo de aire y la cimentación subterránea constituyen un sistema de vibración de extremo libre único (es decir, un extremo superior de la torre está sumergido en el flujo de aire, y un extremo inferior de la torre se fija en la cimentación). Cuando la frecuencia de separación de vórtices consiste en una frecuencia natural de cierto orden de la estructura de la torre, la fuerza periódica inducida por el vórtice (fuerza desequilibrada) aplicada sobre la superficie de la torre provocará una respuesta de vibración inducida por el vórtice de la estructura del sistema de la torre.

La condición de que la frecuencia de separación de vórtices sea igual a la frecuencia natural de la torre del sistema de estructura y su sistema de vibración de la cimentación solo se puede cumplir a una cierta velocidad del viento. Sin embargo, la torre y su sistema de vibración de cimentación tendrán un cierto efecto de retroalimentación sobre la separación de vórtices, para permitir que la frecuencia de la separación de vórtices sea "capturada" por la frecuencia de vibración de la torre y su sistema de vibración de cimentación en un cierto intervalo de velocidad del viento, para permitir que la frecuencia de la separación del vórtice no cambie a medida que cambia la velocidad del viento en este intervalo de velocidad del viento, y este fenómeno se denomina bloqueo, y el bloqueo extenderá el intervalo de velocidad del viento en el que la estructura de la torre es inducida por vórtices para resonar.

La altura de la torre de los modernos grupos electrógenos de energía eólica a gran escala a nivel de MW puede alcanzar los 60 m a 100 m. Componentes principales tal como un bastidor principal, una subestructura, un buje y palas (es decir, el impulsor 20) están montados en la parte superior de la torre 10. Cuando el grupo electrógeno de energía eólica está en funcionamiento, además de la gravedad generada por las partes en la parte superior de la torre 10 y las cargas dinámicas generadas por la rotación de la rueda eólica, la torre 10 también está sujeta a la acción del viento natural, incluyendo dos modos de acción, es decir, la acción en la dirección del viento y la acción en la dirección del viento cruzado. Cuando el viento sopla el impulsor para girar, aplicará momentos flectores y fuerzas sobre la torre. Los momentos flectores y las fuerzas generadas en la dirección del viento son las principales razones del daño de la torre 10. Los vórtices generados cuando el viento pasa por alto la torre 10 también pueden causar vibraciones laterales que pueden causar resonancia de la torre 10 y dañar la torre 10 en consecuencia.

Cuando el viento sopla sobre la torre 10, pares de vórtices antisimétricos dispuestos alternativamente y que giran en direcciones opuestas, es decir, vórtices de Karman, se generan en los lados izquierdo y derecho de la estela. Los vórtices se desprenden de la torre 10 a una cierta frecuencia, para hacer que la torre 10 produzca una vibración lateral perpendicular a la dirección del viento, también conocida como vibración lateral inducida por el viento, es decir, vibración inducida por vórtices. Cuando la frecuencia de separación de los vórtices se acerca a la frecuencia natural de la torre, la torre 10 puede resonar y, por lo tanto, dañarse.

En la figura 2, una línea de hélice 10a (o una placa de hélice) se enrolla alrededor de una pared exterior de la torre 10, para suprimir la separación de vórtices producida en la superficie de la torre 10. La línea de hélice 10a (o la placa de hélice) tiene diferentes efectos de supresión de vibraciones laterales cuando se dispone en diferentes cabeceos. El aumento de la altura de la línea de hélice 10a facilita la ruptura de la periodicidad de la separación de calles de vórtices. La generación de calles de vórtices y la separación son más irregulares, lo que facilita la supresión de vibraciones inducidas por vórtices. Además, los ruidos y las resistencias generadas detrás y delante de la torre también aumentan gradualmente, y la amplitud de la vibración de cabeceo a lo largo de la dirección del viento puede incrementarse.

La solución técnica anterior tiene los siguientes problemas técnicos.

La velocidad del viento del flujo de aire cambiará, y si la línea de hélice 10a (o la placa de hélice) se mecaniza para tener sus parámetros de características (cabeceo de tornillos, altura) cambiados de acuerdo con el cambio de la velocidad del viento del flujo de aire, el coste de fabricación y el coste de mantenimiento correspondientes se incrementarán significativamente.

La tasa de cobertura de la línea de hélice 10a (o la placa de hélice) en la superficie de la torre afectará el efecto de supresión de vibraciones laterales. Cuando la tasa de cobertura alcanza (o supera) el 50 %, el efecto de suprimir las vibraciones laterales es el mejor. Sin embargo, en este caso, los graves efectos adversos del ruido inducido por el viento provocado por la línea de hélice 10a (o la placa de hélice) y el flujo de aire sobre los seres vivos en el medio natural no están permitidos por la normativa ecológica.

La línea de hélice montada 10a (o la placa de hélice) solo se utiliza en la etapa de elevación, que tiene un significado reducido y pierde mucho. Teniendo en cuenta el funcionamiento y el uso a largo plazo, es difícil para la línea de hélice adaptarse a los cambios de velocidad del viento y hacer frente a diferentes velocidades del viento debido a los requisitos de coste de instalación y protección del medio ambiente, es decir, es difícil que la línea de hélice funcione a diferentes velocidades del viento.

En vista de esto, un problema técnico urgente que debe abordar el experto en la materia es mejorar la situación de que la instalación del dispositivo de generación de energía eólica está restringida por las condiciones regionales del viento. El documento EP1736663 divulga un ejemplo de una torre de turbina eólica que comprende un sistema de succión de capa límite.

Sumario

Para resolver los problemas técnicos mencionados, se proporciona un recinto con una función de supresión de vibraciones inducidas por vórtices y un procedimiento para suprimir las vibraciones inducidas por vórtices de acuerdo con la presente solicitud, que puede suprimir las causas de la vibración inducida por vórtices y mejorar la situación en que la instalación y el uso del dispositivo de generación de energía eólica están restringidos por las condiciones regionales del viento.

Se proporciona un recinto con una función de supresión de vibraciones inducidas por vórtices de acuerdo con la presente solicitud. El recinto está provisto de orificios pasantes de succión que se extienden a través de una pared periférica del recinto, y los orificios pasantes de succión están distribuidos en una dirección circunferencial del recinto. El recinto está provisto además de un aparato de succión, y el aparato de succión está configurado para realizar la succión a través de los orificios pasantes de succión de fuera hacia dentro, para impedir que una capa límite de flujo de aire en una superficie exterior del recinto se separe de la superficie exterior.

Se proporciona además un procedimiento para suprimir vibraciones inducidas por vórtices de un recinto de acuerdo con la presente solicitud, que incluye proporcionar orificios pasantes de succión que se extienden a través de una pared periférica del recinto en una dirección circunferencial del recinto; y realizar la succión a través de los orificios pasantes de succión de fuera hacia dentro, para impedir que una capa límite en una superficie exterior del recinto se separe de la superficie exterior.

Cuando el flujo entrante en el lado de barlovento fluye alrededor de la torre, la capa límite formará separaciones periódicas de vórtices en dos lados hacia atrás de la torre, es decir, el fenómeno de separación del flujo de derivación. También es la causa de vibración inducida por vórtices. En esta solución, la succión de los varios orificios pasantes de succión se realiza de manera que la capa límite se pueda "adsorber" en la superficie exterior de la torre, inhibiendo así o previniendo directamente que la capa límite se separe de la superficie exterior de la torre, y así reduciendo o eliminando la causa de la vibración inducida por el vórtice y logrando el objetivo de suprimir la vibración inducida por el vórtice. Evidentemente, los orificios pasantes de succión se distribuyen en una dirección circunferencial, por lo tanto, independientemente de la dirección del viento del flujo entrante en el lado de barlovento, siempre hay disponibles orificios pasantes de succión correspondientes para la succión en la posición correspondiente de la separación de flujo de derivación.

Además, la intensidad de succión se puede ajustar en cualquier momento de acuerdo con el estado de vibración en la succión, consiguiendo así una mayor flexibilidad sin necesidad de pagar un coste superior. Además, en comparación con el ruido generado cuando el flujo entrante en el lado de barlovento entra en contacto con la línea de hélice en el fondo, el ruido generado al realizar la succión a través de los orificios pasantes de succión puede ser obviamente significativamente menor y puede cumplir con los requisitos de la normativa ecológica. Además, el procedimiento de succión siempre puede realizar su función de supresión de vibraciones inducidas por vórtices tanto en el proceso de elevación como en el proceso de operación del grupo de generación de energía eólica; y cuando el flujo de aire aspirado se descarga al interior de la torre, puede realizar intercambio de calor y así enfriar el interior de la torre. Breve descripción de los dibujos

La figura 1-1 es una vista esquemática que muestra la composición de un dispositivo de generación de energía eólica.

La figura 1-2 es una vista esquemática que muestra una torre elevada en segmentos;

La figura 2 es una vista esquemática que muestra la estructura de una torre que tiene una determinada función de supresión de vibraciones;

Las figuras 3-1 a 3-6 son vistas esquemáticas que muestran la relación entre la separación de vórtice de un cilindro (separación del flujo de derivación) y seis intervalos del número de Reynolds, respectivamente;

La figura 4 es una vista esquemática que muestra la estructura de una realización de una torre con una función de supresión de vibraciones inducidas por vórtices de acuerdo con la presente solicitud;

La figura 5 es una vista esquemática expandida que muestra una parte superior, provista de orificios pasantes de succión, de la torre en la figura 4;

La figura 6 es una vista esquemática que muestra la relación entre el número de Strouhal y el número de Reynolds en una superficie exterior de la torre;

La figura 7 es una vista superior de la torre en la figura 4, mostrando cámaras de succión divididas;

La figura 8 es una vista esquemática que muestra que se proporcionan elementos de detección de temperatura en una pared circunferencial de la torre en la figura 5;

La figura 9 es una vista lateral de la figura 8;

La figura 10 es una vista ampliada de la porción donde se proporciona el elemento de detección de temperatura en la figura 9;

La figura 11 es un gráfico que muestra la variación del número de Nusselt Nu de una superficie local de la torre en función de un ángulo en tres números Reynolds Re cuando el flujo de aire barre externamente la torre;

La figura 12 es un diagrama de bloques de control que muestra la succión a la cavidad de succión en la figura 4;

La figura 13 es una vista esquemática que muestra que se proporciona un dispositivo de control de vibraciones dentro de la torre;

La figura 14 es una vista esquemática que muestra la trayectoria del flujo de aire del flujo de aire descargado en la figura 4 después de subir a la parte superior de la torre.

Los números de referencia en las figuras 1-1 a 14 se explican a continuación:

10 torre, 11 primer segmento de torre,

12 segundo segmento de torre, 13 tercer segmento de torre,

14 cuarto segmento de torre, 15 quinto segmento de torre,

10a línea de hélice, 20 impulsor,

30 góndola, 40 cable de transmisión de potencia 50 ^{placa de fijación del anillo de}60 soport _retención,e a horcajadas,

70 armario de convertidor, 80 puerta de la torre,

90 cimentación;

100 torre, 100a orificio pasantes de succión,

100b ^{canal de detección de}

_temperatura;

200 góndola, 300 generador,

400 impulsor;

500a puerto de succión, 500b puerto de descarga de aire,

501 máquina de succión de aire, 502 tubería de transporte,

503 colector de descarga de aire, 504 colector de succión,

505 válvula controlada

eléctricamente;

600 cimentación de la torre;

701 carcasa, 702 partición,

703 segmento de filtración de aire, 704 cámara de succión;

801 capa de aislamiento térmico, 802 ^{elemento de detección de}

_temperatura

802a extremo delantero, 803 ^{dispositivo de monitorización de} _vibraciones;

901 servomotor de cabeceo, 902 campana de guía de flujo,

903 armario de control eléctrico.

Descripción detallada de algunas realizaciones

Para permitir al experto en la materia comprender mejor las soluciones técnicas de la presente solicitud, la presente solicitud se describe a continuación en detalle con referencia a los dibujos y a las realizaciones. Las reivindicaciones adjuntas definen la invención.

Haciendo referencia a la figura 4, La figura 4 es una vista esquemática que muestra la estructura de una realización de una torre con una función de supresión de vibraciones inducidas por vórtices de acuerdo con la presente solicitud. La figura 5 es una vista esquemática expandida que muestra una parte superior, provista de orificios pasantes de succión, de la torre en la figura 4, es decir, una parte superior anular de una torre 100 se expande para tener forma de barra para facilitar la ilustración. En consecuencia, se proporciona además un procedimiento para suprimir vibraciones inducidas por vórtices de un recinto de acuerdo con una realización de la presente solicitud.

Como se muestra en la figura 4, la torre 100 está dispuesta sobre una cimentación de torre 600, y componentes tales como una góndola 200, un generador 300 y un impulsor 400 están montados en la parte superior de la torre 100. Como se muestra en la figura 5, en esta realización, la parte superior de la torre 100 está provista de varios orificios pasantes de succión 100a que se extienden a través de una pared periférica de la torre 100, y los varios orificios pasantes de succión 100a están distribuidos en una dirección circunferencial de la torre 100, es decir, distribuidos alrededor de la torre 100. Además, se proporciona también un aparato de succión, que puede realizar la succión desde el exterior hacia el interior hasta la succión a través de los orificios 100a. Aquí, "de fuera hacia dentro" no está destinado a definir la posición del aparato de succión, sino a definir la dirección de succión, es decir, cuando se realiza la succión, el flujo de aire fluye desde el exterior hacia el interior y, por lo tanto, el aparato de succión se puede colocar dentro de la torre 100, y por supuesto, el dispositivo de succión también se puede colocar fuera de la torre 100. Al realizar la succión a través de los orificios pasantes de succión 100a, dado que los orificios pasantes de succión 100a se extienden a través de la pared periférica de la torre 100, el flujo de aire de la capa límite en una superficie exterior de la torre 100 se puede succionar, de esta manera, el flujo de aire de la capa límite en la superficie exterior puede restringirse para que no se separe de la superficie exterior. La capa límite a la que se hace referencia aquí es una terminología de la ciencia de la transferencia de calor y la mecánica de fluidos, y es una capa delgada en la superficie de un sólido y es un fluido (gas o líquido).

Se puede saber a partir de la descripción de los antecedentes que, cuando el flujo entrante en el lado de barlovento (flujo multifásico) fluye alrededor de la torre 100, la capa límite formará separaciones periódicas de vórtices en dos lados hacia atrás de la torre 100, es decir, el fenómeno de separación del flujo de derivación, y también es la causa de la vibración inducida por vórtices. En esta solución, succionando desde los varios orificios pasantes de succión 100a, la capa límite se puede "adsorber" en la superficie exterior de la torre 100, inhibiendo o evitando así directamente que la capa límite se separe de la superficie exterior de la torre 100, es decir, reduciendo o eliminando las causas de la vibración inducida por vórtices y lograr el objetivo de suprimir la vibración inducida por vórtices. Esto equivale a "absorber" la vibración inducida por vórtices por succión. Evidentemente, los orificios pasantes de succión 100a están distribuidos en una dirección circunferencial, por lo tanto, independientemente de la dirección del viento del flujo entrante en el lado de barlovento, siempre hay disponibles orificios pasantes de succión 100a correspondientes para la succión en la posición correspondiente de la separación de flujo de derivación.

En principio, cuando se produce la resonancia inducida por vórtices de la estructura de la torre 100, la fuerza inducida por vórtices (es decir, fuerza desequilibrada) que actúa sobre la superficie exterior de la estructura de la torre 100 es aproximadamente una fuerza armónica simple F (t):

F(t) = Fosenot (1)

en la fórmula: o(Re,St) es la frecuencia de la separación del vórtice e integralmente, u>t es una variable; Re = ^ , Re es el número de Reynolds y es un número adimensional;

Fo es la amplitud de la fuerza inducida por vórtices, Fo = (pU2 / 2)CD;

p es la densidad del flujo entrante en el lado de barlovento de la torre 100;

U es una velocidad del viento del flujo entrante en el lado de barlovento de la torre 100; el coeficiente aerodinámico también se denomina factor de forma de carga de viento, es una relación entre la presión (o succión) formada por el viento en la superficie de la estructura de ingeniería y la presión del viento teórica calculada de acuerdo con la velocidad del viento del flujo entrante; y refleja la distribución de una presión de viento estable en la estructura de ingeniería y la superficie del edificio, y varía con la dirección del flujo de aire y la forma, escala, condiciones de blindaje del edificio;

C es un coeficiente aerodinámico de la sección de la estructura de la torre 100;

D y d son dimensiones características de una estructura espacial formada por un obstáculo que se enfrenta al fluido cuando el fluido pasa por alto el obstáculo y fluye alrededor del obstáculo, y son términos genéricos en el campo de la transferencia de calor y la ciencia de la transferencia de calor. En esta realización, D y d se refieren a las dimensiones características de una superficie de contacto, en contacto con el fluido (aquí el fluido es flujo de aire), del recinto (aquí significa la forma de la superficie exterior de la torre), y generalmente toma el ancho de la estructura perpendicular a la dirección del viento, es decir, el diámetro exterior de la torre 100 a la altura correspondiente, es decir, el diámetro exterior de la torre 100 a la altura del segmento donde se distribuyen los orificios pasantes de succión 100a.

U es un coeficiente viscoso del flujo entrante en el lado del viento.

La variación de la amplitud de la vibración lateral de la estructura de la torre 100 causada por una fuerza inducida por un vórtice es:

A(t) = (pU2/2)CDsenot (2)

en la fórmula: K es la rigidez del sistema estructural de la torre 100 (que puede incluir la góndola 200); 5 es un decremento logarítmico (aproximadamente 0,05).

Cuando la velocidad del viento del flujo entrante en el lado de barlovento alcanza un cierto valor adecuado y continúa actuando durante un cierto período de tiempo, puede producirse una resonancia inducida por vórtices de la estructura de la torre 100. La amplitud A de la vibración aquí es:

_A ₌ ^pCf2

S 2 K ( S t ) D3 (3)

Se puede ver que cuando el tamaño de la sección de la estructura es fijo, la amplitud de la resonancia inducida por vórtices se puede reducir aumentando la amortiguación, tal como reduciendo el coeficiente aerodinámico C, reduciendo la densidad p del flujo entrante en el lado de barlovento.

La fórmula anterior: St = —, es decir, el número de Strouhal, y la definición del número de Strouhal ilustra la relación entre una frecuencia de separación de vórtices, una velocidad del viento y un diámetro de cilindro.

En la fórmula: / es la frecuencia de separación de vórtices, Hz;

U es la velocidad del viento del flujo entrante en el lado de barlovento de la torre 100; y

D es el diámetro exterior de una porción, a una altura media del segmento donde se distribuyen los orificios pasantes de succión 100a, de la torre 100.

En esta realización, D se refiere al diámetro exterior de la torre 100 a diferentes alturas. El diámetro exterior puede cambiar. Cuando el flujo entrante en el lado de barlovento fluye alrededor de la torre 100 no en una dirección horizontal, sino en un cierto ángulo de inclinación, la trayectoria del flujo que se deriva de la periferia de la torre 100 es aproximadamente elíptica, como la descripción de la configuración aerodinámica anterior. En este caso, la dimensión de la característica D es solo un diámetro equivalente (una terminología en la ciencia de la transferencia de calor, que es el diámetro de una sección transversal circular imaginaria, es decir, el diámetro de una sección transversal circular convertido de acuerdo con el perímetro de una sección transversal no circular) de la elipse de configuración aerodinámica. En este caso, el límite que está mojado por el fluido o en contacto con el fluido se vuelve más aerodinámico y no se embota. Visto desde la forma de vibración, la resonancia inducida por vórtices es una vibración con amplitud limitada y que tiene características duales de autoexcitación y fuerza.

El número de Strouhal se puede obtener de acuerdo con el número de Reynolds. Se puede hacer referencia a la figura 6 para conocer la relación entre el número de Strouhal y el número de Reynolds. La figura 6 es una vista esquemática que muestra la relación entre el número de Strouhal y el número de Reynolds en la superficie exterior de la torre, y el eje horizontal representa el número de Reynolds y el eje vertical representa el número de Strouhal. Antes de que el número de Reynolds alcance 2x105, el número de Strouhal es una constante de 0,20; después de lo cual, a medida que aumenta el número de Reynolds, el número de Strouhal primero salta a 0,30, luego aumenta a 0,43, y luego cuando el número de Reynolds es igual a 2x106, el número de Strouhal vuelve a caer a 0,2. Por lo tanto, cada uno del número de Strouhal, D y U es un parámetro que se puede obtener, y / también se puede calcular de acuerdo con la fórmula del número de Strouhal, y en consecuencia, también se puede calcular la amplitud A.

Cuando el flujo entrante en el lado de barlovento fluye alrededor de la torre 100, debido al efecto de succión, el flujo de aire de la capa límite en la superficie exterior de la torre 100 puede succionarse hacia el interior de la torre 100 en la posición donde se proporcionan los orificios pasantes de succión 100a, para mantener la capa límite en un estado de flujo laminar, evitar la transición de la capa límite, para reducir la fuerza de fricción de la superficie y hacer que el flujo de aire se adhiera a la superficie exterior de la torre 100. Los orificios pasantes de succión 100a y la superficie exterior de la torre 100 están en transición suave, que reduce el coeficiente aerodinámico (C) del flujo de aire que fluye alrededor de la torre 100, y de acuerdo con la fórmula (3), la amplitud (A) de la resonancia inducida por vórtices puede reducirse y, por lo tanto, pueden suprimirse las vibraciones inducidas por vórtices.

Con referencia continuada a las figuras 4 y 5, para facilitar la succión a través de los orificios pasantes de succión 100a, se proporciona además una carcasa 701 en el recinto. La carcasa 701 y una superficie interior de la región, provista de los orificios pasantes de succión 100a, del recinto encierran una cavidad de succión cerrada. En la figura 4, los orificios pasantes de succión 100a se proporcionan solo en la parte superior de la torre 100, en consecuencia, la carcasa 701 coopera con la superficie interior de la parte superior de la torre 100 para formar una cavidad de succión anular cerrada. El aparato de succión succiona la cavidad de succión, para lograr la succión a través de los orificios pasantes de succión 100a desde el exterior hacia el interior.

Se puede ver que cuando se proporciona la cavidad de succión cerrada, el aparato de succión simplemente succiona la cavidad de succión anular, la succión a través de todos los orificios pasantes de succión 100a en la dirección circunferencial de la torre 100 simplemente se puede realizar, por lo tanto, la succión se puede realizar más fácilmente. Por supuesto, también es factible no proporcionar la cavidad de succión. Por ejemplo, el aparato de succión puede tener múltiples puertos de succión 500a en cooperación con los orificios pasantes de succión 100a, o un puerto de succión 500a correspondiente a los orificios pasantes de succión 100a dentro de una cierta región.

Puede proporcionarse un segmento de filtración de aire 703 entre la cavidad de succión y los puertos de succión 500a del aparato de succión. Específicamente, como se muestra en la figura 5, se proporciona un segmento de filtración de aire anular 703 en la parte inferior de la cavidad de succión, y los puertos de succión 500a del aparato de succión están dispuestos en un lado inferior del segmento de filtración de aire anular 703, es decir, ubicados en la parte inferior de la carcasa 701. El aparato de succión aspira el flujo de aire exterior hacia dentro, el flujo de aire exterior puede llevar polvo, lluvia, etc. El segmento de filtración de aire 703 puede filtrar el flujo de aire que se succiona, para evitar dañar el aparato de succión. Cuando el flujo de aire aspirado se descarga al interior de la torre 100, la limpieza del flujo de aire descargado también se puede mejorar, para evitar contaminar el aire interno, que es malo para el funcionamiento de los trabajadores o puede dañar los componentes internos de la torre 100.

Además, con referencia continuada a la figura 5 y en conjunción con la figura 7, la figura 7 es una vista superior de la torre 100 en la figura 4, mostrando cámaras de succión divididas 704.

Se proporcionan varias particiones 702 en la cavidad de succión. Las particiones 702 dividen la cavidad de succión en varias cámaras de succión 704 distribuidas circunferencialmente. Como se ha descrito anteriormente, cuando el flujo entrante en el lado de barlovento fluye alrededor de la torre 100, puede ocurrir un fenómeno de separación del flujo de derivación. En la figura 7, el flujo entrante en el lado de barlovento proviene del oeste, por lo tanto, el fenómeno de separación del flujo de derivación ocurre en la parte trasera de la torre 100 en posiciones aproximadamente hacia el este desde el norte y hacia el este desde el sur de la torre (las posiciones 110 a 130 grados en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario a las agujas del reloj hasta la posición donde la torre 100 directamente enfrenta el flujo entrante en el lado de barlovento), que corresponden a las cámaras de succión 704 como lo indican los números de serie 3 y 6 en la figura 7. En la figura 7, la cavidad de succión está dividida igualmente en la dirección circunferencial en ocho cámaras de succión 704 por las particiones 702. En esta realización, es preferible que el aparato de succión solo succione la cámara de succión 704 correspondiente a la posición de la separación del flujo de derivación, es decir, en la figura 7, solo se aspiran las dos cámaras de succión 704 indicadas por el número de serie 3 y 6, y las demás cámaras de succión 704 no se aspiran.

Debe saberse que la separación del flujo de derivación es solo una causa importante para formar la calle del vórtice de Karman y dar como resultado la vibración inducida por vórtices, por lo que simplemente succionar la cámara de succión 704 en la posición de la separación del flujo de derivación puede simplemente debilitar o prevenir el separación de la capa límite en esta posición e inhibir la aparición de la calle del vórtice de Karman, inhibiendo así o previniendo directamente la vibración inducida por vórtices. En comparación con el procedimiento de aspiración de toda la cavidad de succión anular, es obvio que el procedimiento de succionar solo la posición de la separación de flujo de derivación es más específico y puede reducir el consumo de energía, es decir, para realizar la absorción direccional al flujo entrante (flujo multifásico) en el lado de barlovento.

Como se muestra en la figura 5, el aparato de succión puede tener varios puertos de succión 500a en correspondencia uno a uno con las diversas cámaras de succión 704, y se proporciona una válvula de conmutación entre cada uno de los puertos de succión 500a y la cámara de succión 704 correspondiente. Cuando se succiona la cámara de succión 704 correspondiente a la posición de la separación de flujo de derivación, las válvulas de conmutación correspondientes a las demás cámaras de succión 704 se apagan. La válvula de conmutación puede ser específicamente una válvula 505 controlada eléctricamente, y en este caso, además, se puede proporcionar un controlador. El controlador puede obtener la posición de la separación de flujo de derivación, controlando de este modo la válvula 505 controlada electrónicamente correspondiente a la posición de la desconexión del flujo de derivación a conectar, y controlando el resto de válvulas 505 controladas eléctricamente para que se desconecten, para lograr el control automático. Por supuesto, como solución redundante o alternativa al control eléctrico, el control manual también es factible.

Cada cámara de succión 704 corresponde a un puerto de succión 500a, es decir, las cámaras de succión 704 y los puertos de succión 500a están en correspondencia uno a uno, por lo tanto, la fuerza de succión del aparato de succión puede estar más asegurada, y en el caso de que se proporcionen las correspondientes válvulas de conmutación, solo es necesario equipar un aparato de succión. Debería saberse que también es factible equipar cada cámara de succión 704 con un aparato de succión, sin embargo, es obvio que la disposición de un aparato de succión correspondiente a todas las válvulas de conmutación tiene una ventaja de costes.

En el caso de que el aparato de succión esté provisto de los puertos de succión 500a correspondientes a las múltiples cámaras de succión 704, se puede proporcionar también un colector de succión 504. En la figura 4, la parte, que realiza específicamente la función de succión, del aparato de succión es una máquina de succión de aire 501. El flujo de aire en las cámaras de succión 704 fluye a través de los puertos de succión 500a, y luego converge a la máquina de succión de aire 501 a través del colector de succión 504, de manera que se facilita la conexión de los múltiples puertos de succión 500a a la máquina de succión de aire 501, y también se simplifica la tubería de succión del aparato de succión.

Con referencia continuada a las figuras 8 a 10, la figura 8 es una vista esquemática que muestra que se proporcionan elementos de detección de temperatura 802 en una pared circunferencial de la torre en la figura 5; La figura 9 es una vista lateral de la figura 8; y la figura 10 es una vista ampliada de la porción donde se proporciona el elemento de detección de temperatura 802 en la figura 9.

La torre 100 puede estar provista además de varios elementos de detección de temperatura 802 distribuidos a lo largo de la dirección circunferencial de la torre 100. Los diversos elementos de detección de temperatura 802 están configurados para detectar la temperatura del flujo de aire de la capa límite en la superficie exterior de la torre 100, para obtener la posición de la separación de flujo de derivación. Según el fenómeno de separación del flujo de derivación descrito anteriormente, en la posición de la separación de flujo de derivación, se produce un contraflujo en la capa límite y se forman vórtices, de modo que se destruye el flujo normal en la capa límite y el coeficiente de transferencia de calor en esta posición es el más alto, por lo tanto, la temperatura también es relativamente baja. Al detectar la temperatura de toda la circunferencia de la torre 100, la posición donde la temperatura es relativamente baja es solo la posición de la separación del flujo de derivación. Por supuesto, debido a la irradiación de la luz solar, la temperatura en la posición de la separación del flujo de derivación en el lado sombreado de la torre 100 es ligeramente más baja, y la otra posición de la separación del flujo de derivación puede determinarse de acuerdo con la posición con la temperatura ligeramente más baja y la posición del flujo entrante en el lado de barlovento. Específicamente, el flujo entrante en el lado de barlovento y el lado de barlovento de la torre 100 forman un punto de estancamiento (un punto de estancamiento del flujo de aire, que es una línea de arriba a abajo en el lado de barlovento de la torre 100), el punto de estancamiento y las posiciones de la separación del flujo de derivación en los dos lados del lado de sotavento de la torre 100 constituyen un triángulo isósceles en el plano horizontal. Por lo tanto, la otra posición de la separación de flujo de derivación se puede obtener simplemente con la ayuda de la relación del triángulo isósceles.

Como se muestra en la figura 7, cuando la luz del sol se irradia desde el sur, la temperatura de la cámara de succión 704 correspondiente al número de serie 3 es ligeramente más baja, y la temperatura de la cámara de succión 704 correspondiente al número de serie 6 es en realidad ligeramente más alta. La posición de la separación del flujo de derivación en un lado se puede determinar de acuerdo con la cámara de succión 704 correspondiente al número de serie 3, y esta posición de la separación del flujo de derivación está en un cierto ángulo con respecto a la posición directamente frente al flujo entrante en el lado de barlovento. La posición de la separación del flujo de derivación en el otro lado puede obtenerse simplemente girando en sentido antihorario en el mismo ángulo desde la posición directamente frente al flujo entrante en el lado de barlovento, es decir, la cámara de succión 704 correspondiente al número de serie 6.

El elemento de detección de temperatura 802 puede enviar la señal de temperatura detectada al controlador, y el controlador juzga y luego determina la posición de la separación del flujo de derivación, y luego controla el aparato de succión para succionar la cámara de succión 704 correspondiente.

Como se muestra en la figura 10, se puede proporcionar un canal de detección de temperatura 100b en la pared periférica de la torre 100, y el canal de detección de temperatura 100b también se extiende a través de la pared periférica de la torre 100. Un extremo exterior, cerca de la superficie exterior de la torre 100, del elemento de detección de temperatura 802 está configurado para detectar la temperatura de la capa límite en la superficie exterior de la torre 100. Un extremo interior, cerca de la superficie interior de la torre 100, del elemento de detección de temperatura 802 es un extremo delantero 802a y puede enviar una señal al controlador. Por supuesto, el elemento de detección de temperatura 802 también puede emitir la señal de forma inalámbrica. El extremo delantero 802 puede extenderse fuera del canal de detección de temperatura 100b hacia el interior de la torre 100 para facilitar la conexión con la línea de conexión.

Esta disposición es conveniente para que el elemento de detección de temperatura 802 detecte la temperatura del flujo de aire de la capa límite en la superficie exterior de la torre 100, y también facilita la transmisión de señales. El canal de detección de temperatura 100b también puede proporcionar un cierto efecto de protección para el elemento de detección de temperatura 802. Puede entenderse que, debido a la transferencia de calor, para una posición, que tiene un coeficiente de intercambio de calor alto y una temperatura baja, de la superficie exterior, la temperatura de la superficie interior correspondiente a esta posición también es ligeramente baja, por lo tanto, también es factible disponer el elemento de detección de temperatura 802 en el lado interior de la torre 100 para detectar la temperatura de la superficie interior de la torre 100. Por supuesto, comparativamente hablando, la posición de la separación del flujo de derivación se puede determinar con mayor precisión utilizando el elemento de detección de temperatura 802 para detectar la temperatura de la capa límite en la superficie exterior.

Para la solución en la que el elemento de detección de temperatura 802 está dispuesto dentro del canal detección de temperatura 100b en la pared periférica de la torre 100 en la figura 10, se puede proporcionar una capa de aislamiento térmico 801 entre el elemento de detección de temperatura 802 y la pared interior del canal de detección de temperatura 100b, para evitar que la temperatura detectada sea interferida por la temperatura de la pared periférica de la propia torre 100, y asegurar que solo se mida la temperatura en la superficie exterior de la torre 100. Además, el elemento de detección de temperatura 802 puede estar dispuesto a una distancia predeterminada desde un puerto exterior del canal de detección de temperatura 100b, y la distancia predeterminada puede ser de 15 mm a 25 mm, es decir, el elemento de detección de temperatura 802 puede retraerse en el canal de detección de temperatura 100b una cierta distancia, para permitirle detectar con precisión la temperatura de la capa límite en la superficie exterior sin verse afectada por la radiación de la luz solar.

Además, un diámetro interior del canal de detección de temperatura 100b se puede seleccionar entre 9 mm y 11 mm, de esta manera, es ventajoso evitar la entrada de radiación solar y evitar interferencias en la medición del elemento de detección de temperatura 502. Además, puede prevenir que el agua de lluvia, el polvo y similares entren en el interior de la torre 100 a través del canal de detección de temperatura 100b. Se puede proporcionar además un escudo en forma de paraguas o en forma de cabeza de hongo en el puerto exterior del canal de detección de temperatura 100b.

En lo que antecede se proporciona un procedimiento para obtener la posición de la separación del flujo de derivación de acuerdo con la detección de temperatura. Además de esto, la posición de la separación de flujo de derivación también se puede obtener mediante los siguientes procedimientos. Haciendo referencia a la figura 11, La figura 11 es un gráfico que muestra la variación del número de Nusselt Nu de una superficie local de la torre en función de un ángulo en tres números Reynolds Re cuando el flujo de aire barre externamente la torre.

Se puede proporcionar un sensor de velocidad del viento, un sensor de dirección del viento y un sensor de temperatura (de acuerdo con la cantidad física involucrada con el número de Reynolds), para medir la temperatura del flujo de aire, para corregir el coeficiente de viscosidad y la densidad del flujo de aire, y así obtener el número de Reynolds, y la posición de la separación del flujo de derivación se puede obtener a través del número de Reynolds. El eje de coordenadas vertical representa el número de Nusselt Nu, que es un número adimensional y refleja indirectamente la magnitud del coeficiente de transferencia de calor de la superficie, y el eje de coordenadas horizontal representa un ángulo en el que el vector normal de la superficie de contacto, donde el flujo entrante en el lado de barlovento está en contacto con la superficie de la pared de la torre, gira en el sentido de las agujas del reloj hacia la derecha, y este ángulo se define como $/(°). Las tres curvas continuas en la figura desde abajo hacia arriba representan tres números de Reynolds gradualmente incrementados respectivamente, y tres valores máximos están aproximadamente dentro de un intervalo de 110 grados a 125 grados, y también están aumentando gradualmente en consecuencia. Aquí, los ángulos correspondientes a los tres "valores máximos" están justo en la posición correspondiente al reflujo causado por el gradiente de presión adverso de la separación del flujo de derivación, y en esta posición, la tasa de intercambio de calor entre el flujo de aire y la pared exterior de la torre es la más alta.

Se hace referencia a las figuras 12 y 13, la figura 12 es un diagrama de bloques de control que muestra la succión a la cavidad de succión en la figura 4, y la figura 13 es una vista esquemática que muestra que se proporciona un dispositivo de monitorización de vibraciones 803 dentro de la torre 100.

Los procedimientos para determinar la posición de la separación de flujo de derivación descritos anteriormente se pueden realizar al mismo tiempo, de modo que se verifiquen mutuamente y sean una solución redundante entre sí. Bajo circunstancias normales, las posiciones de la separación de flujo de derivación obtenidas por los dos procedimientos deben ser iguales o sustancialmente iguales. Si la desviación entre las dos posiciones es demasiado grande, puede ser causado por un fallo del elemento de detección de temperatura 802, o un fallo del sensor de dirección del viento o del sensor de velocidad del viento. Una vez que se determina el sensor fallado, la posición real de la separación del flujo de derivación se puede determinar de acuerdo con los datos detectados por el sensor no fallado.

Como se muestra en la figura 12, los dos procedimientos para determinar la posición de la separación del flujo de derivación se realizan al mismo tiempo, y los datos detectados y los resultados determinados se retroalimentan al controlador al mismo tiempo. En la figura 12, la señal de temperatura del elemento de detección de temperatura 802 es comparada por el comparador de señales de detección de temperatura para obtener el intervalo de la posición de la separación del flujo de derivación. Evidentemente, también es factible que el controlador determine el intervalo después de recibir los datos, o el comparador de señales de detección de temperatura puede ser un módulo de unidad del controlador. Según la posición determinada de la separación de flujo de derivación, el controlador emite una señal de control, para controlar la máquina de succión de aire 501 en el aparato de succión que se va a encender, y controlar la válvula 505 controlada eléctricamente de la cámara de succión 704 correspondiente a la posición de la separación de flujo de derivación que se encenderá para realizar la succión, y al mismo tiempo, controlar las válvulas 505 controladas eléctricamente de las demás cámaras de succión 704 para que se desconecten.

Como se muestra en la figura 13, se puede proporcionar un dispositivo de monitorización de vibraciones 803 dentro de la torre 100 para detectar la situación de vibración de la torre 100 y emitir una señal de datos de vibración (amplitud, frecuencia de vibración, etc.) al controlador. El dispositivo de control de vibraciones 803 puede estar dispuesto en la superficie interior de la torre 100, o puede estar dispuesto, por ejemplo, dentro de la pared periférica de la torre 100 o en otros lugares, y la solución de disponer el dispositivo de control de vibraciones 803 en la superficie interior de la torre 100 es simple y fácil de implementar. El controlador ajusta la máquina de succión de aire 501 de acuerdo con la retroalimentación del dispositivo de monitorización de vibraciones 803. Además de realizar los ajustes de encendido y apagado que se muestran en la figura 12, el controlador puede controlar además la frecuencia y la tensión del motor que acciona la máquina de succión de aire 501, para implementar la variación de tensión y la regulación de velocidad de variación de frecuencia en el motor, logrando así el ajuste del caudal de succión de aire de la máquina de succión de aire 501.

El ajuste de la potencia de la máquina de succión de aire 501 puede aumentar el caudal de succión de aire cuando la vibración es fuerte y puede reducir el caudal de succión de aire cuando se reduce la vibración. Además, la densidad de distribución de los orificios pasantes de succión 100a y el diámetro del orificio de los propios orificios pasantes de succión 100a pueden afectar el efecto de la succión de aire (la periferia de la superficie exterior del orificio pasante de succión 100a y el interior del orificio pueden ser en transición lisa). La potencia de la máquina de succión de aire 501 es ajustable, de manera que la disposición de los orificios pasantes de succión 100a pueda tener una mejor flexibilidad. Los orificios pasantes de succión 100a pueden disponerse secuencialmente en la dirección circunferencial de la torre 100, y también pueden disponerse de manera escalonada.

En los ambientes de gran altitud, en la cima o ladera de una montaña alta, cuando se instala el grupo electrógeno de energía eólica y se realiza la tarea de elevar la torre 100, la información del estado de vibración obtenida por el dispositivo de monitorización de vibraciones 803 dispuesto puede transmitirse al suelo de forma inalámbrica, para que el personal de comando en el sitio pueda dominar la información y realizar operaciones seguras de elevación de torres.

Cabe señalar que, en las realizaciones anteriores, los orificios pasantes de succión 100a se proporcionan solo en la parte superior de la torre 100. Con dicha disposición, pueden conseguirse los efectos técnicos adicionales descritos a continuación.

Debido a la presencia de los orificios pasantes de succión 100a que se pueden succionar, el flujo entrante en el lado de barlovento se divide en diferentes segmentos cuando fluye alrededor de la torre 100. Cuando el flujo entrante fluye a través de un segmento que tiene los orificios pasantes de succión 100a, el número de Reynolds aumenta sustancialmente de forma artificial. El flujo entrante en el lado de barlovento tiene una velocidad de flujo de derivación aumentada en este segmento, y une estrechamente la superficie exterior de la torre 100, sin provocar fenómenos de separación de capa límite y calle de vórtice, que restringe la formación de vórtices en los dos lados hacia atrás de la parte superior de la torre 100. Cuando el flujo entrante fluye a través del segmento de la torre 100 que no tiene orificios pasantes de succión 100a, no se recibe ayuda de la succión, y el número de Reynolds no se cambia, y la velocidad de flujo del flujo de aire de derivación es baja.

Por lo tanto, en esencia, el procedimiento de proporcionar la succión a través de los orificios 100a en el segmento de altura local perturba completamente la situación de que las frecuencias de separación de vórtices en la parte superior y la parte inferior de la torre 100 son consistentes en la tecnología convencional, debilitando así su acción conjunta, reduciendo o previniendo la respuesta de resonancia inducida por el vórtice cuando se produce la separación del flujo de derivación en la capa límite en la superficie exterior de la torre 100, y restringiendo así o previniendo directamente la vibración inducida por el vórtice en la parte superior de la torre 100.

La correlación es una característica importante de las fluctuaciones del viento, aquí se relaciona con las velocidades fluctuantes del viento en dos puntos (Z¹, Z²) en el espacio o las presiones fluctuantes en dos puntos a diferentes alturas en la superficie de la torre 100.

El coeficiente de correlación p se define como

en las dos alturas diferentes (Z¹, Z²), la covarianza de las velocidades fluctuantes del viento se define de la siguiente manera:

por lo tanto, la covarianza es el tiempo promedio del producto de las fluctuaciones de la velocidad del viento en las dos alturas. Los valores de la velocidad del viento en el lado derecho de la ecuación tienen sus respectivos valores promedio Ü(Zi) y Ü(Z2) restados respectivamente.

En matemáticas, la fórmula de la desviación estándar se puede escribir como:

en la fórmula, U(t) representa un componente de la velocidad del viento en una dirección de la velocidad media del viento, y es igual a Ü(Z)+u(t); y

U(t) es un componente de turbulencia en la dirección del viento, es decir, el componente fluctuante de la velocidad del viento en la dirección de la velocidad media del viento.

El numerador indica que las velocidades del viento a dos alturas diferentes de la torre 100 son diferentes y representa la covarianza de las velocidades fluctuantes del viento.

La covarianza es el tiempo promedio del producto de las fluctuaciones de la velocidad del viento en las dos alturas.

La intensidad general de la turbulencia se puede medir mediante la raíz cuadrada media o la desviación estándar de la velocidad del viento, se resta un componente promedio de cada una de las velocidades del viento, y luego los remanentes se cuantifican por desviaciones, las desviaciones se elevan al cuadrado y luego se promedian, y se extrae una raíz cuadrada del valor promedio, para obtener una cantidad física que tenga una unidad de velocidad del viento, obteniendo así la desviación estándar. Según la ecuación de definición del coeficiente de correlación, la covarianza de las velocidades del viento a diferentes alturas se divide por la desviación estándar para obtener el coeficiente de correlación entre las dos velocidades del viento a diferentes alturas. Cuanto menor sea la correlación, mejor. Con una pequeña correlación, se puede evitar que las frecuencias de los vórtices a diferentes alturas después de la formación de los vórtices sean consistentes, y se destruye la acumulación y el aumento de la energía de resonancia inducida por el vórtice causada por la consistencia de la frecuencia, es decir, impidiendo el crecimiento de la resonancia inducida por vórtices, e incluso provocando la desaparición de la resonancia inducida por vórtices.

El valor cuadrático medio de la fuerza del viento fluctuante total sobre la superficie de la estructura de la torre 100 se indica como: F '2=f[p(yry)], donde, y, y¡ son dos puntos en la dirección vertical, y p(y-yj) es el coeficiente de correlación de la fuerza del viento fluctuante de cada segmento.

Como se puede ver a partir de la descripción anterior, en la dirección de la altura, la pared periférica de la torre 100 está provista de un segmento que tiene los orificios pasantes de succión 100a y el segmento que no tiene orificios pasantes de succión 100a, destruyendo así la correlación entre la parte superior y la parte inferior, y debilitando o eliminando la vibración inducida por el vórtice. Sin embargo, las fuerzas inducidas por el vórtice de una interacción fluido-estructura en la superficie exterior de la torre 100 no se distribuyen uniformemente en la dirección de la altura de la torre 100, y la energía de la fuerza inducida por el vórtice está más concentrada en la parte superior de la torre 100, por lo que puede proporcionar la succión a través de los orificios 100a en la parte superior de la torre 100, que no solo puede reducir el daño causado por las vibraciones de una manera más específica, pero también rompen la correlación entre la parte superior y la parte inferior. Por supuesto, es factible proporcionar los orificios pasantes de succión 100a en posiciones distintas de la parte superior de la torre 100 o proporcionar los orificios pasantes de succión 100a en múltiples segmentos a diferentes alturas.

Las realizaciones descritas anteriormente se pueden optimizar aún más.

Como se muestra en la figura 4, los puertos de descarga de aire 500b del aparato de succión pueden estar ubicados en la parte inferior dentro de la torre 100, y se hace referencia a la figura 14, que es una vista esquemática que muestra la trayectoria del flujo de aire del flujo de aire descargado en la figura 4 después de subir a la parte superior de la torre.

En el caso de que los puertos de descarga de aire 500b estén ubicados en la parte inferior dentro de la torre 100, el flujo de aire descargado por los puertos de descarga de aire 500b puede converger continuamente en la parte inferior de la torre 100 en una gran cantidad, generando así una presión positiva y formando un flujo de aire de presión positiva, empujar el aire (flujo de aire caliente generado por equipos eléctricos como un convertidor o transformador de alta potencia) en la parte inferior de la torre 100 y en la torre 100 hacia arriba, y el efecto de empuje permite el flujo de aire caliente dentro de la torre 100 (un transformador de alta potencia, y varios equipos eléctricos están dispuestos dentro del armario de transporte del dispositivo de generación de energía eólica, es decir, la torre 100, y todos estos componentes generan pérdidas de energía eléctrica en funcionamiento, y estas pérdidas se transforman en energía térmica que se disipa en el ambiente interno de la torre, para calentar el aire en el ambiente interno de la torre 100, formando así el aire caliente) para moverse completamente hacia arriba a una velocidad acelerada (el flujo de aire caliente está sujeto al efecto combinado de su propia fuerza ascendente, la acción del aire descargado de los puertos de descarga de aire 500b y el efecto de chimenea), y el flujo de aire caliente ingresa al buje a través del generador 300 o la góndola 200 en la parte superior de la torre 100, y forma una presión positiva dentro del buje, y luego pasa por el servomotor de cabeceo 901 y la superficie del armario de control eléctrico 903 del servo sistema de cabeceo, para generar intercambio de calor por convección y producir un efecto de enfriamiento.

Al mismo tiempo, después de intercambiar calor, el flujo de aire que transporta calor se presiona desde la raíz del impulsor 400 y, en el proceso de presión al exterior, el flujo de aire puede, a su vez, bloquear la lluvia o el polvo transportado por el flujo entrante en el lado de barlovento para que no entre en una campana de guía de flujo 902 (o ingrese al buje). Esto es equivalente a tener una función de conexión, que mantiene un buen entorno interior sellado. Cuando el flujo de aire presiona fuera de la raíz del impulsor 400, la velocidad del flujo de aire puede alcanzar los 0,5 m/s o más o menos, y en el caso de un flujo de aire que contenga polvo, la velocidad puede aumentar a 1 m/s, esto es suficiente para desempeñar la función de obturación antes mencionada sin afectar adversamente la fuerza circunferencial del impulsor aplicada por el flujo entrante en el lado de barlovento en el impulsor 400.

La razón para mencionar el flujo de aire que contiene polvo es la siguiente. En los parques eólicos sin vegetación para cubrir el suelo, tal como parques eólicos en zonas de sequía o desérticas, partículas sólidas, incluyendo arena o polvo, pueden ser transportadas en el flujo de aire, pueden causar contaminación al entrar en el buje en la raíz de las palas, pueden afectar adversamente la disipación de calor del equipo eléctrico y afectar adversamente la vida útil de lubricación de los cojinetes del eje de los componentes giratorios. Por lo tanto, es necesario encontrar una solución para evitar que el flujo de aire que contiene polvo ingrese al espacio interno del buje. La solución convencional de proporcionar elementos de sellado difícilmente se puede aplicar a esta estructura. Sin embargo, el flujo de aire caliente ascendente utilizado en esta solución puede cumplir exactamente esta función con tacto.

En vista de esto, después de que el flujo de aire succionado de la cámara de succión se descargue desde la parte inferior de la torre 100, también funciona para intercambiar calor con el sistema de cabeceo y enfriar el sistema de cabeceo y bloquear la entrada de materias extrañas. Para facilitar el flujo de aire descargado que se eleva dentro de la torre 100 de manera relativamente uniforme, se puede proporcionar un colector de descarga de aire 503. El colector de descarga de aire 503 está dispuesto en forma anular y está provisto de múltiples puertos de descarga de aire 500b distribuidos uniformemente de manera circunferencial, por lo tanto, el flujo de aire se puede descargar uniformemente en una región más grande, y se forma una tubería de transporte 502 entre la máquina de succión de aire 501 y el colector de descarga de aire 500b. Como se muestra en la figura 4, el flujo de aire descargado converge en la parte inferior de la torre 100, se eleva hacia arriba y luego se presiona para ser descargado, formando así una trayectoria K.

Además, el propio flujo de aire descargado es el flujo de aire succionado desde la cavidad de succión, es decir, el aire exterior de la torre 100 succionado desde los orificios pasantes de succión 100a, y el flujo de aire es un flujo de aire que tiene una temperatura ambiente natural. En el proceso en el que el flujo de aire converge en la parte inferior de la torre 100 y se empuja para que se eleve hacia arriba, el flujo de aire funciona para intercambiar calor con los equipos y elementos generadores de calor dentro de la torre 100 y enfriarlos, lo que equivale a introducir una "fuente fría" externa para enfriar el interior de la torre 100 y presionar el aire caliente dentro de la torre 100. La solución en esta realización es producida por los inventores que han considerado que el proceso de rotación del impulsor funciona pasivamente desde la perspectiva de la esencia de la segunda ley de la termodinámica (es decir, condición para la conversión de energía de baja calidad en energía de alta calidad, y la forma de mejorar la calidad de la energía) a largo plazo, y se inspira en el concepto de la segunda ley de la termodinámica sobre la pérdida irreversible de energía en el proceso de reducción de energía térmica.

Se menciona anteriormente para filtrar el flujo de aire succionado, aquí, el flujo de aire filtrado puede prevenir, en el proceso de elevación, que las materias extrañas dañen los componentes tales como la góndola 200 en la parte superior de la torre 100 y los componentes dentro de la torre 100.

Se puede ver que, de acuerdo con esta realización, el flujo de aire en la capa límite en la superficie exterior de la torre 100 se succiona hacia el interior de la torre 100, que no solo evita la vibración inducida por vórtices causada por la separación de la capa límite, sino que también introduce la fuente de aire frío externo para realizar intercambio de calor y enfriamiento. Puede entenderse que, el flujo de aire succionado por el aparato de succión tampoco puede descargarse al interior de la torre 100, pero ser descargado fuera. O se puede configurar que los puertos de descarga de aire 500b puedan descargar aire al exterior de la torre 100 y al interior de la torre 100. De esta manera, cuando el flujo de aire exterior tiene una temperatura alta y no puede tener un efecto de enfriamiento, se puede descargar al exterior. Por supuesto, además del efecto de enfriamiento, el efecto de expulsar el flujo de aire caliente dentro de la torre 100 y el efecto de taponamiento formado por el flujo de aire de presión positiva, también son factores que pueden tenerse en cuenta al elegir descargar el flujo de aire al exterior o al interior.

El aparato de succión puede estar equipado además con un deshumidificador para deshumidificar el flujo de aire succionado desde los orificios pasantes de succión 100a, es decir, para obtener un flujo de aire seco. Cuando el flujo de aire seco está dentro de la torre 100 o se presiona para ser descargado desde la parte superior de la torre 100, también puede evitar dañar otros elementos eléctricos.

El deshumidificador se puede colocar para permitir que se derive, es decir, el flujo de aire succionado desde los orificios pasantes de succión 100a puede ser deshumidificado por el deshumidificador cuando se descarga, y también puede descargarse directamente evitando el deshumidificador en una estación seca o en un ambiente seco.

En la torre 100 con una función de supresión de vibraciones inducidas por vórtices y el procedimiento para suprimir vibraciones inducidas por vórtices de acuerdo con las realizaciones anteriores, eso es obvio, en comparación con el procedimiento de utilizar la línea de hélice mencionado en los antecedentes, el modo de realizar la succión a través de los orificios pasantes de succión 100a para adsorber la capa límite puede suprimir o prevenir directamente la causa de la vibración inducida por vórtices y tiene un mejor efecto de supresión de vibraciones. Además, la intensidad de succión se puede ajustar en cualquier momento de acuerdo con el estado de vibración en la succión, consiguiendo así una mayor flexibilidad sin necesidad de pagar un coste superior. Además, en comparación con el ruido generado cuando el flujo entrante en el lado del viento entra en contacto con la línea de hélice en el fondo, el ruido generado al realizar la succión a través de los orificios pasantes de succión 100a puede ser obviamente significativamente menor y puede cumplir los requisitos de las normativas ecológicas. Además, el procedimiento de succión siempre puede realizar su función de supresión de vibraciones inducidas por vórtices tanto en el proceso de elevación como en el proceso de operación del grupo de generación de energía eólica. Con el procedimiento de succión, las funciones de intercambio de calor y enfriamiento y taponamiento como se describe anteriormente se pueden lograr cuando el flujo de aire aspirado se descarga hacia el interior de la torre. El flujo de aire aspirado también puede tener ciertas funciones de enfriamiento y taponamiento incluso si no se descarga desde la parte inferior, es solo que si el flujo de aire succionado se descarga desde la parte inferior, sus efectos de subida y bajada pueden permitir que los efectos de enfriamiento y taponamiento sean mejores.

Todas las realizaciones anteriores se describen tomando la torre 100 como ejemplo, y se puede saber que, las realizaciones anteriores se pueden aplicar a todos los recintos similares, por ejemplo, una torre de televisión.

Las realizaciones descritas anteriormente son solo realizaciones preferidas de la presente solicitud, y debe tenerse en cuenta que para el experto en la técnica, se pueden realizar varias mejoras y modificaciones sin apartarse del principio de la presente solicitud, y estas mejoras y modificaciones también deben considerarse dentro del alcance de protección de la presente solicitud, según se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un recinto con función de supresión de vibraciones inducidas por vórtices, en donde:

el recinto está provisto de orificios pasantes de succión (100a) que se extienden a través de una pared periférica del recinto, y los orificios pasantes de succión (100a) están distribuidos en una dirección circunferencial del recinto; el recinto está provisto además de un aparato de succión, y el aparato de succión está configurado para realizar la succión a través de los orificios pasantes de succión (100a) de fuera hacia dentro, para impedir que una capa límite de flujo de aire en una superficie exterior del recinto se separe de la superficie exterior;

se proporciona una carcasa (701) en el recinto, y la carcasa (701) y una superficie interior de una región, provista de los orificios pasantes de succión (101a), del recinto encierran una cavidad de succión anular cerrada; el aparato de succión está configurado para succionar la cavidad de succión, para realizar la succión a través de los orificios pasantes de succión (100a) de fuera hacia dentro; y

caracterizado por que,

se proporcionan además particiones (702) en la cavidad de succión, y las particiones (702) dividen la cavidad de succión en una pluralidad de cámaras de succión (704) distribuidas circunferencialmente; un flujo entrante en un lado de barlovento forma una separación de flujo de derivación cuando fluye alrededor del recinto, y el aparato de succión está configurado para succionar solo la cámara de succión (704) correspondiente a una posición de la separación de flujo de derivación.

2. El recinto con la función de supresión de vibraciones inducidas por vórtices de acuerdo con la reivindicación 1, en donde se proporciona un segmento de filtración de aire (703) entre la cavidad de succión y un puerto de succión (500a) del aparato de succión.

3. El recinto con la función de supresión de vibraciones inducidas por vórtices de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el aparato de succión tiene una pluralidad de puertos de succión (500a) correspondientes a la pluralidad de cámaras de succión (704) respectivamente, y se proporciona una válvula de conmutación entre cada uno de los puertos de succión (500a) y la cámara de succión (704) respectiva; y al succionar la cámara de succión (704) correspondiente a la posición de la separación del flujo de derivación, las válvulas de conmutación correspondientes al resto de las cámaras de aspiración (704) están desconectadas.

4. El recinto con la función de supresión de vibraciones inducidas por vórtices de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el aparato de succión comprende un colector de succión (504) y una máquina de succión de aire (501), y los puertos de succión (500a) están cada uno en comunicación con la máquina de succión de aire (501) a través del colector de succión (504).

5. El recinto con la función de supresión de vibraciones inducidas por vórtices de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el recinto está provisto además de una pluralidad de elementos de detección de temperatura (802) distribuidos en la dirección circunferencial del recinto, y los elementos de detección de temperatura (802) están configurados para detectar una temperatura de la capa límite en la superficie exterior del recinto, para obtener la posición de la separación de flujo de derivación.

6. El recinto con la función de supresión de vibraciones inducidas por vórtices de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el recinto está provisto de canales de detección de temperatura (100b) que se extienden a través de la pared periférica del recinto, y los elementos de detección de temperatura (802) están dispuestos en los respectivos canales de detección de temperatura (100b).

7. El recinto con la función de supresión de vibraciones inducidas por vórtices de acuerdo con la reivindicación 6, en donde se proporciona una capa de aislamiento térmico (801) entre cada uno de los elementos de detección de temperatura (802) y una pared interior del respectivo canal de detección de temperatura (100b), y el elemento de detección de temperatura (802) está dispuesto a una distancia predeterminada de un puerto exterior del canal de detección de temperatura (100b).

8. El recinto con la función de supresión de vibraciones inducidas por vórtices de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el recinto comprende además un sensor de velocidad del viento y un sensor de dirección del viento para obtener la posición de la separación del flujo de derivación, y las válvulas de conmutación son válvulas controladas eléctricamente (505); y el recinto comprende además un controlador, y el controlador está configurado para determinar una posición real de la separación del flujo de derivación según una posición de la separación del flujo de derivación obtenida por los elementos de detección de temperatura (802) y una posición de la separación del flujo de derivación obtenida mediante el sensor de velocidad del viento y el sensor de dirección del viento, y controlar el aparato de succión que se va a encender, y al mismo tiempo encender la válvula de control eléctrico (505) correspondiente a la posición real de la separación de flujo de derivación y apagar el resto de las válvulas controladas eléctricamente (505).

9. El recinto con la función de supresión de vibraciones inducidas por vórtices de acuerdo con una cualquiera las reivindicaciones 1 a 8, en donde el recinto es una torre (100) de un dispositivo de generación de energía eólica.

10. Un procedimiento para suprimir vibraciones inducidas por vórtices de un recinto, que comprende:

proporcionar orificios pasantes de succión (100a) que se extienden a través de una pared periférica del recinto en una dirección circunferencial del recinto; y

realizar la succión a través de los orificios pasantes de succión (100a) de fuera hacia dentro, para impedir que una capa límite de flujo de aire en una superficie exterior del recinto se separe de la superficie exterior;

caracterizado por que el procedimiento comprende, además:

en el caso de que un flujo entrante en un lado de barlovento forme una separación de flujo de derivación cuando fluye alrededor del recinto, realizar únicamente la succión a través del orificio pasante de succión (100a) correspondiente a una posición de la separación del flujo de derivación; y

detectar una temperatura de la capa límite en la superficie exterior del recinto en la dirección circunferencial del recinto para obtener la posición de la separación del flujo de derivación;

detectar una velocidad del viento y una dirección del viento de un entorno donde se encuentra el recinto para obtener la posición de la separación del flujo de derivación; y

cotejar la posición de la separación del flujo de derivación obtenida según la velocidad del viento y la dirección del viento con la posición de la separación del flujo de derivación obtenido según la temperatura de la capa límite, para determinar una posición real de la separación del flujo de derivación.