KR20170091679A

KR20170091679A - 수직 스프링 메커니즘을 갖는 감응식 진동 댐퍼

Info

Publication number: KR20170091679A
Application number: KR1020177017843A
Authority: KR
Inventors: 마티아스 되르잠; 미하엘 제거
Original assignee: 이에스엠 에네르기-운트 쉬빙웅스테크니크 미츠시 게엠베하
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2017-08-09
Also published as: JP2017538079A; BR112017010649A2; US20170328058A1; JP6643339B2; EP3227579A1; CN107250595A; CA2968001A1; CN107250595B; WO2016087030A1; US10316512B2

Abstract

본 발명은 진동-민감 시스템, 예를 들어 고층 빌딩 및 타워, 특히 풍력 터빈에서 바람직하지 않은 진동을 감쇠시키기 위한 진자 댐퍼에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 진동 특성이, 따라서 진동수 및 진폭과 같은 감쇠 능력이 넓은 범위에 걸쳐 조절될 수 있는 수직 스프링 디바이스를 갖는 진자 댐퍼에 관한 것이다.

Description

수직 스프링 메커니즘을 갖는 감응식 진동 댐퍼{ADAPTIVE OSCILLATION DAMPER HAVING A VERTICAL SPRING MECHANISM}

본 발명은 진동-민감 (vibration-sensitive) 시스템, 예를 들어 고층 빌딩 및 타워, 특히 풍력 터빈에서 바람직하지 않은 진동을 감쇠시키기 위한 진자 댐퍼에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 진동 특성이, 따라서 진동수 및 진폭과 같은 감쇠 능력이 넓은 범위에 걸쳐 조절될 수 있는 진자 댐퍼에 관한 것이다. 이는 주로 수직 방향으로 작용하며 전체적으로 대부분 점진적 또는 비선형 스프링 특성 라인을 갖는 스프링 디바이스에 의해 본 발명에 따라 달성된다.

특히, 풍력 터빈 (wind turbines; WTs) 은 진동에 민감한 시스템이다. 공진 자극의 경우에 WT 의 진동 진폭을 낮게 유지하기 위해, 일반적으로 감쇠 디바이스가 WT 시스템에 통합된다. 이러한 댐퍼는 각 WT 의 공진 진동수에 정합되어야 한다. WT 의 강성과 질량 및 받침대의 강성 (지면의 강성에 또한 의존함) 은 주로 WT 의 고유 진동수에 의해 결정된다.

뻣뻣한 받침대는 WT 의 높은 공진 진동수를 초래하고, 그 반대도 마찬가지이다. 질량이 낮으면 WT 의 고유 진동수가 높아지고, 그 반대도 마찬가지이다. 구조물의 설치 중에, 정확하게 이러한 상황이 적용된다. 나셀 (nacelle) 과 회전자 없이 단지 탑만이 바람에 의해 공진으로 자극받을 수 있는 일시적인 상태가 존재한다. 이 경우, 반쯤 완성된 WT 의 고유 진동수는 이후에 완전히 설치된 구조물의 경우보다 훨씬 더 높다. 슬림한 고층 건물 (타워, 다층 빌딩 등) 을 건립 또는 건설하는 중에 유사한 상황이 발생할 수도 있다.

최적의 감쇠 성능을 획득할 수 있기 위해, 댐퍼 진동수는 넓은 범위에서 각 구조물 진동수, 특정 타워 진동수, 및 변수에 적용 가능해야 있어야 한다.

예를 들어, 단진자 댐퍼 (변형예 1; 도 1) 가 점 질량으로 간주되면, 그 진동수는 오로지 진자 길이 l1 (2) 에 의존한다. 물리적 상관관계는 다음과 같이 설명될 수 있다:

g → 중력 상수 [m/s^2]

l1 → 진자 길이 [m]

따라서, 진동수는 오로지 진자 길이에 의해 영향을 받을 수 있다. 실제로, 특히 공간-제한 WT 에서는, 이는 대조적으로 단지 제한된 범위로 수정될 수 있다.

진자 댐퍼의 댐퍼 진동수에 대한 추가 조정 가능성을 획득하기 위해, 변형예 1 은 일반적으로 수평 스프링으로 보충될 수 있다. 변형예 2.1 의 경우, 이 수평 스프링들 (4) 은 댐퍼 질량체 (3) 의 높이에서 작용한다. 변형예 2.2 의 경우에는, 이들은 현수점 (1) 방향으로 이동된다 (도 2).

시스템 2.1 및 2.2 의 이러한 물리적 상관관계는 다음과 같이 설명될 수 있다:

g → 중력 상수 [m/s^2]

l1 → 진자 길이 [m]

l2 → 피벗에서 수평 스프링 작용점까지의 길이 [m]

C → 수평 스프링의 스프링 강성 [N/m]

m → 댐퍼 질량 [kg]

댐퍼 진동수가 여러 파라미터들을 통해 조절될 수 있음을 알 수 있다.

이러한 해결책은 선행 기술에서 이미 빈번하게 기술되어 있다. 수평 스프링들 (4) 은 인장 응력을 받는다. 설치 위치로 인해, 수평 스프링들 (4) 은 변형예 2.1 의 경우에 댐퍼 질량체 (3) 와 동일한 변위를 나타낸다. 결과적으로 수평 스프링들은 매우 높은 동적 하중을 받게 되어, 주어진 건설 공간에서 내구성이 있는 디자인을 만드는 것은 매우 어렵거나 불가능하다.

수평 스프링들 (4) 의 변위를 최소화하기 위해, 수평 스프링들은 댐퍼 (1) 의 현수점 방향으로 더 이동될 수 있다 (변형예 2.2). 이 위치에서, 이들은 더 적은 변위를 나타내지만, 이러한 배치에서, 이 스프링들의 스프링 강성은 변형예 2.1 과 비교하여 동일한 성능을 획득하기 위해 증가해야 한다. 또한, 이는 굴곡지게 (flexurally) 뻣뻣한 진자 길이 (2) 를 요구하여, 케이블의 사용을 다소 배제한다.

질량체가 오른쪽으로 이동하면, 좌측 수평 스프링 (4) 이 더 신장되고, 우측 수평 스프링 (4) 은 하중이 완화된다. 이러한 배치에서, 보조 스프링은 하중이 완전히 완화되지 않도록 해야 한다. 이는 이러한 수평 스프링 (4) 이 댐퍼 질량체 (3) 의 진동 변위보다 더 중간 위치에서 프리텐셔닝된다는 것을 의미한다. 이 사실로 인해 설치가 어렵다.

이미 언급한 바와 같이, 댐퍼 진동수는 순전히 수평 스프링 (4) 의 스프링 강성 및 진자 길이에 의존한다. 이제 다른 진동수를 설정하려 한다면, 종래 기술에서 마찬가지로 빈번하게 발견되는 바와 같이 주어진 일정한 진자 길이 (2) 에 대해 상이한 스프링 강성을 갖는 수평 스프링 (4) 을 설치하는 것이 필요하다. 대조적으로, 스프링 프리텐션의 증가는 댐퍼 진동수에 영향을 미치지 않는다.

본 발명자들의 목적은, 변경되지 않은 진자 길이로 댐퍼 진동수가 가변적인 그리고 간단한 방식으로 조절될 수 있게 하는 진자 댐퍼를 제공하는 것이었다.

이제, 종래의 수평 스프링을 전혀 또는 오로지 갖지 않지만 점진적 또는 비선형적인 전체 스프링 특성 라인을 갖는 비교적 짧은 수직 스프링이 장착된 진자 댐퍼가 객체 세트 (object set) 를 달성할 수 있다는 것이 밝혀졌다.

따라서, 본 발명은 슬림한 고층 빌딩 및 구조물, 특히 풍력 터빈에 관한 것으로서, 이는 본질적으로 댐퍼 질량체를 갖는 진자 및 스프링 디바이스를 포함하고, 스프링 디바이스는 그의 전체 스프링력이 본질적으로 수직 방향으로 작용하도록 댐퍼 질량체 아래에 설치되고, 존재하는 다른 스프링력의 스프링 영역들로 인해 비선형 또는 점진적 전체 스프링 특성 라인을 갖고, 댐퍼 질량체는 이 스프링 디바이스를 통해, 바람직하게는 바아 또는 로드를 통해 구조물 내부에 진동 댐퍼 아래의 부착점에 연결되고, 점진적/비선형 스프링 특성 라인은 상이한 스프링 강성을 갖는 적어도 2 개의 스프링 영역들에 의해 획득된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서, 스프링 디바이스는 제 1 의 규정된 스프링 강성을 갖는 제 1 스프링 영역, 및 제 1 스프링 강성과 상이한 제 2 의 규정된 스프링 강성을 갖는 제 2 스프링 영역을 갖는다. 따라서, 본 발명에 따르면, 제 1 스프링 강성은 < 200 N/mm, 바람직하게 < 150 N/mm 또는 < 100 N/mm, 예를 들어 3 내지 200 N/mm, 바람직하게는 30 내지 150 N/mm 인 반면, 제 2 스프링 강성은 > 200 N/mm, 바람직하게는 > 500 N/mm 또는 > 1000 N/mm, 예를 들어 200 내지 3000 N/mm, 바람직하게는 500 내지 1500 N/mm 이다.

본 발명에 따른 스프링 디바이스는 압축 및/또는 텐션 스프링으로서 사용될 수 있는 하나 이상의 본질적으로 수직 또는 수직으로 작용하는 스프링을 포함한다. 본 발명에 따르면, "본질적으로 수직" 은 30°의 최대 편차를 포함하는 스프링들의 수직 정렬 또는 작용을 의미하는 것이다. 따라서, "수직 스프링" 은 "본질적으로 수직" 인 스프링을 의미하는 것이다.

본 발명에 따른 진자 댐퍼의 스프링 디바이스가 단 하나의 수직 스프링을 포함한다면, 스프링 (7) 을 따라 상이한 영역들에 의해 상이한 스프링 강성들이 제공되므로, 스프링은 전체적으로 점진적 스프링 특성 라인을 갖는다. 이는 부드러운 스프링이 정상 작동에서 작용할 수 있게 하고 뻣뻣한 스프링이 극한 상황의 경우에 댐퍼 질량체 (3) 가 벗어나는 것을 방지할 수 있게 한다. 이는 예를 들어 다른 코일링 (밀도, 직경) 에 의해 또는 스프링 와이어의 다른 두께 또는 다른 재료에 의해 달성될 수 있다. 스프링의 상응하는 디자인은 또한 스프링 내의 스프링 영역들이 차례로 완전히 압축될 수 있게 하여, 스프링 강성이 댐퍼 진폭을 통해 증가할 수 있게 한다.

본 발명의 다른 실시형태에서, 스프링 디바이스는 2 개 이상, 예컨대, 2 개, 3 개, 4 개, 5 개 또는 6 개의 수직 스프링들을 포함하며, 이 2 개, 3 개, 4 개, 5 개 또는 6 개 이상의 수직 스프링들은 직렬로 또는 병렬로 연결될 수 있다. 직렬과 병렬 연결의 조합도 또한 원리적으로 가능하다. 여기서 또한, 스프링 특성 라인의 진전은 특정 스프링들에 영향을 줌으로써 영향을 받을 수 있고, 이는 텐션 및 압축 스프링과 마찬가지로 설계될 수 있다.

본 발명의 다른 변형예에서, 복수의 수직 스프링들이 병렬로 작용할 수 있다. 수직 스프링들의 생략/추가는 진동수가 추가적으로/마찬가지로 수정될 수 있게 한다. 그러한 조합에서 개별 스프링을 대응 웨이트로 대체하여 궁극적으로 진동수를 증가시키거나 또는 웨이트의 제거 시에는 감소시킬 수 있는 것처럼, 수평 스프링들과 수직 스프링들의 조합이 또한 고려될 수 있다.

일반적으로, 이러한 다양한 수직 스프링들 또는 수직 스프링들의 그룹들은 다른 수직 스프링들 또는 수직 스프링들의 그룹들과는 상이한 규정된 스프링 강성을 가지므로, 감쇠될 구조물의 조건에 맞는 원하는 더 크거나 작은 스프링 강성 영역이 커버될 수 있어서, 전체 스프링 디바이스의 가변적인 점진적 스프링 특성 라인이 확립될 수 있게 한다.

본 발명은 특히, 상이한 스프링 강성의 적어도 2 개의 수직 스프링을 갖는 대응 진동 댐퍼에 관한 것으로, 제 1 수직 스프링은 3 N/mm 초과 200 N/mm 미만, 바람직하게는 50 내지 150 N/mm 의 스프링 강성을 갖고, 제 2 수직 스프링은 200 N/mm 초과 3000 N/mm 미만, 바람직하게는 300 내지 1500 N/mm 의 스프링 강성을 갖는다.

전술한 바와 같이, 구조물 내에서 진동이 발생하는 때 전체 범위에 걸쳐 진자의 편향을 가능한 한 작게 유지하는 것이 바람직하며, 이는 특히 공간상의 이유로 보통 WT 의 매우 좁은 타워 또는 다른 고층 빌딩에서 감지가능하다. 이는, 스프링 디바이스가 일측에 직접 또는 한 조각의 케이블, 바아 또는 로드를 통해 부착된 진자 질량체와, 진자 댐퍼 아래에 그리고 스프링 디바이스 아래에 설치되고 스프링 디바이스의 타 단부에 직접 또는 한 조각의 케이블, 바아 또는 로드를 통해 연결된 부착점 사이의 분리가, 중형 내지 대형 구조물의 경우에, 5 또는 6 m 이하, 바람직하게는 < 3 m, 특히 < 2 m, 예를 들어 0.5 m 내지 5.0 m, 바람직하게는 1.0 내지 3.0 m 이어야 한다는 것을 의미한다.

따라서, 본 발명에 따르면, 댐퍼 진동수는 수평 스프링들 대신에 수직 스프링들의 사용에 의해 영향을 받는다. 변형예 3 (도 3) 에서, 이 수평 스프링들 (4) 은 하나 이상의 수직 스프링들 (7) 로 대체된다.

물리적 상관관계는 포인트 질량에 대해 다음과 같이 설명될 수 있다:

g → 중력 상수 [m/s^2]

l1 → 진자 길이 (2) [m]

l3 → 케이블 (5) 의 연결점에서 댐퍼 질량체 (3) 까지의 길이 [m]

F_F → 수직 스프링 (7) 의 프리텐션 힘 [N/m]

m → 댐퍼 질량 (3) [kg]

댐퍼 진동수가 이제 다수의 파라미터를 통해 조절될 수 있다는 것을 알 수 있다. 이러한 배치에서, 댐퍼 진동수는 수직 프리텐션 힘에 의해 영향을 받을 수 있고, 수직 스프링(들) (7) 의 스프링 강성에 의해서 영향을 받지 않는다. 이는, 전체 진동수 범위가 하나의 수직 스프링 (7) 으로 커버될 수 있고 스프링은 종래 기술에서와 같이 상이한 스프링 강성을 갖는 스프링으로 대체될 필요가 없다는 이점을 갖는다. 가정 사용에서, 이러한 현상은 기타 줄로부터 알려져 있다. 이 경우 프리텐션 힘이 증가하면, 노트/진동수가 높아지는 반면, 줄의 스프링 강성은 일정하게 유지된다.

그리고, 변형예 2 에 관하여 수직 스프링 (7) 의 동적 변위는 댐퍼 질량체 (3) 의 동일한 변위에 대해 더 작다. 이는 스프링의 내구성 있는 디자인을 가능하게 한다. 여기서 치수 l3 이 길수록, 댐퍼 질량체 (3) 의 운동에 대한 수직 스프링 (7) 의 길이의 동적 변화가 더 작다. 여기서 치수 l3 이 길수록, 수직 스프링 (7) 이 댐퍼 진동수에 미치는 영향이 더 적다. 이러한 효과는, 기타 줄의 경우에서처럼, 치수 l3 이 치수 l3^* (변형예 4, 도 4) 으로 단축된다는 점에서 긍정적으로 활용될 수 있다. 이는 수직 스프링의 동일한 프리텐션 힘에 대해 댐퍼 진동수를 현저하게 증가시킨다. 이러한 단축은 수직 방향으로 이동될 수 있는 또는 대안적으로는 하나의 위치에 고정 방식으로 장착되는 스톱 링 (6) 에 의해 달성될 수 있다. 후자의 경우에, 이 스톱 링 (6) 은 스프링의 고정된 작용점을 나타낸다.

본 발명의 다른 실시형태에서, 본 발명에 따른 댐퍼는 스프링 디바이스의 하측 단부와 구조물상의 부착점 사이에 가동 또는 고정 된 스톱 또는 부착 디바이스를 가져서, 부착점과 스프링 디바이스 사이의 분리가 단축 및 연장될 수 있게 하고, 따라서 스프링 디바이스의 결과적인 연장 또는 압축에 의해 댐퍼의 진동수가 가변적으로 될 수 있다. 이미 위에서 설명한 바와 같이, WT 의 건립 단계 중에 상당히 높은 댐퍼 진동수가 요구된다. 이는 치수 l3^* 의 단축에 의해 변형예 4 에 따라 달성될 수 있다. 구조물의 건립이 완료되면, 상당히 낮은 댐퍼 진동수가 요구된다. 이러한 요구를 충족시키기 위해, 스톱 링 (6) 이 하향 이동되거나 분해된다. 이제 치수 l3^* 이 아닌 치수 l3 이 댐퍼 진동수를 결정하므로, 댐퍼 진동수가 떨어진다. 댐퍼 진동수의 미세 조정은 이제 수직 스프링 (7) 의 프리텐션 힘을 증가/최소화시킴으로써 수행될 수 있다. 여기서 수직 스프링 (7) 이 스톱 링 (6) 위에 위치되는 것이 보장되어야 한다. 이러한 배치에서 댐퍼 질량체 (3) 가 이동하면, 케이블 (8) 과 스톱 링 (6) 사이의 상대 이동이 방지된다. 반대로, 댐퍼 진동수는 스톱 디바이스를 들어 올리거나 도입함으로써 증가될 수 있다.

이러한 타입의 댐퍼 또는 유사한 댐퍼가 풍력 터빈에 설치되면, 외부 영향 (예컨대, 긴급 차단, 돌풍, 스위치-오프 작동) 으로 인해 댐퍼 질량체 (3) 의 큰 진폭이 발생할 수도 있다. (진자가 타워 벽에 부딪히는 것을 방지하기 위해 필요할 수도 있는) 이런 상황에서 댐퍼 질량체 (3) 의 진동 변위를 작게 유지하기 위해, 치수 l3^* 은 짧게 (예컨대, 0.3 m 내지 6 m) 선택되어야 한다. 변형예 5 (도 5) 는 다음과 같이 발생한다:

l3^* 의 짧은 길이와 함께, 더 큰 스프링 강성을 갖는 수직 스프링 (7) 이 이제 설치되면, 더 작은 스프링 강성과 더 큰 l3 를 갖는 변형예 3 (편향된 것) 과 비교하여 댐퍼 질량체 (3) 의 현저히 더 작은 편향 변위 (Y) 가 발생한다. 치수 l3^* 이 작을수록, 댐퍼 질량체 (3) 의 동일한 편향 변위 (Y) 에서 수직 스프링 (7) 의 편향 각도 (A2) 가 더 커진다. 이는 스프링의 더 큰 각도의 텐션을 초래하며, 이는 댐퍼 질량체 (3) 의 이동에 대항하고 작동 및 극한 상황 중에 댐퍼 질량체의 진폭을 제한한다.

변형예 5 의 경우, 동일한 편향 변위 (Y) 에 대해, 변형예 3 (편향된 것) 과 비교하여 수직 스프링 (7) 의 길이의 더 큰 변화 (델타 X2) 가 발생한다. 이 결과로 발생하는 스프링력 증가는 다음과 같이 계산된다:

스프링력 증가 = C * 델타 X

C → 스프링 (7) 의 스프링 강성

델타 X → 댐퍼 질량 (3) 의 편향 동안의 스프링 (7) 의 길이의 변화

식에서, 변형예 5 의 경우에 스프링력의 증가가 변형예 3 (편향된 것) 의 경우보다 더 크다는 것을 알 수 있다.

큰 스프링 강성을 갖는 수직 스프링 (7) 이 대응 진자 댐퍼에 이제 설치되면, 작은 댐퍼 진폭의 경우에도 스프링력이 목표 레벨보다 훨씬 높게 증가한다. 식 3 으로부터, 댐퍼 진동수가 결과적으로 마찬가지로 상당히 증가되고, 이는 다시 댐퍼 작용에 악영향을 미친다는 것을 알 수 있다.

이러한 문제는 도 6 에 도시된 바와 같이 댐퍼 진폭을 갖는 수직 스프링 (7) 의 스프링력의 변화를 목표함으로써 해결될 수 있다. 이는 본 발명에 따라 수직 스프링 디바이스에 의해 달성될 수 있으며, 이 디바이스는 댐퍼 편향에 걸쳐 점진적 또는 비선형 스프링 특성 라인을 가질 수 있다.

여기서 "공진 자극" 영역과 "작동/극한 상황" 영역이 구별된다. (여기서 설명된 바와 같은) 수동 댐퍼는 조화력 자극 (harmonic force stimulation) 의 경우에만 작용할 수 있다. 이 조화력 자극은 "공진 자극" 의 경우에만 존재한다. 대조적으로, 작동 중에 또는 극한 상황 동안에, 큰 댐퍼 진폭을 갖는 확률적 힘 자극 (stochastic force stimulation) 이 존재한다. 일반적으로, 여기서 설명된 수동 댐퍼를 갖는 이러한 구조물 상태의 경우에는 댐퍼 작용이 없다. 오히려, 요건은 작동/극한 상황의 경우에는 댐퍼 진폭을 작게 유지하고 공진 자극 (작은 댐퍼 진폭) 의 경우에는 댐퍼 작용을 단지 보장하는 것이다.

공진 영역에서 수직 스프링 (7) 의 스프링 강성 C1 은 작다. 작동 중 또는 극한 상황에서 댐퍼 진폭이 이제 증가하면, 댐퍼가 높은 스프링 강성 C2 의 영역으로 진입한다. 따라서, 수직 스프링 (7) 의 복원력이 현저하게 증가하여, 이러한 구조물 상태에서 댐퍼 진폭이 현저하게 감소시킨다. 전체는 변형예 5 의 짧은 수직 스프링 (7) 과 함께 고려되어야 하며, 이는 복원 성분을 추가로 증가시킨다.

본 발명에 따르면, 점진적 스프링 특성 라인을 갖는 비교적 짧은 (0.3 m 내지 3 m) 수직 스프링 디바이스의 조합은 극한 상태, 정상 상태, 및 진동에 민감한 구조물이나 빌딩의 건설, 개장 또는 제거 시에 발생하는 상태의 경우에 사용될 수 있는 가변 진동수 및 진폭의 진자 댐퍼를 제공한다. 이는 타워 또는 빌딩의 벽 또는 내부에 위치된 내부 구조물과의 충돌 두려움 없이 진자 댐퍼가 타워 내에 더 크게 건설될 수 있게 한다. 또한, 댐퍼 진폭이 일반적으로 더 작아지기 때문에, 추가적인 스톱이 생략될 수 있다.

추가 실시형태에서, 본 발명에 따른 진동 댐퍼는 스프링 디바이스 또는 그 일부에 압축 또는 인장 하중을 가함으로써 스프링 디바이스의 프리텐션을 변경하고 조정하기 위한 기계식 또는 유압식, 이동식 또는 고정식 디바이스를 추가로 갖는다.

따라서, 본 발명은 또한, 부착점과 스프링 디바이스 사이의 분리가 가동 또는 고정된 스톱 또는 부착 디바이스에 의해 단축되고 연장될 수 있어서 스프링 디바이스의 결과적인 팽창 또는 압축에 의해 댐퍼의 진동수가 변경 또는 조정될 수 있는, 해당 진동 댐퍼에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 스프링 디바이스의 프리텐션을 변경하고 조정하기 위한 기계식 또는 유압식, 이동식 또는 고정식 디바이스를 추가로 포함하는 진동 댐퍼에 관한 것이다.

선행 기술에 따르면, 진자 댐퍼의 진자 길이 (2) 는 케이블에 의해 달성된다. 결과적으로, 댐퍼는 케이블에서 비틀림으로 회전할 수 있다. 따라서, 수직 스프링 (7) 그리고 또한 댐퍼는 이 회전을 따라야 하고, 이는 기술적으로 오작동을 초래할 수 있다. 본 발명에 따른 대안적인 실시형태에서, 진자 길이 (2) 는 비틀림 강성 요소 (튜브) 에 의해 대체될 수 있다. 동시에, 댐퍼 (1)의 상부 현수점은 가변 조인트, 예를 들어 유니버셜 조인트로서 설계되어야 한다. 이는, 360°를 통한 댐퍼 질량 (3) 의 가능한 운동의 경우 (도 7), 비틀림 회전을 방지한다. 따라서, 본 발명은 진자가 로드 또는 튜브로 구성되는 해당 진동 댐퍼에 관한 것으로, 그 하측 단부에는 스프링 디바이스의 부착점을 갖는 댐퍼 질량체가 장착되고 그 상측 단부에는 진자의 360°자유 운동을 보장하는 조인트가 장착되어서, 비틀림 회전이 불가능하다.

댐퍼의 상측 현수점은, 구조물, 타워 또는 빌딩의 특성에 따라, 타워, 구조물 또는 빌딩의 각 상단부에서 또는 대안적으로 상측 절반 또는 상측 3 분의 1 의 임의의 원하는 위치에서 발생할 수 있다. 댐퍼 질량체 (3) 가 댐퍼 (1) 의 하나 이상의 현수점에 현수되는 것도 또한 가능하다. 그리고, 유니버설 조인트를 직접 댐퍼 질량체 (3) 에 그리고 댐퍼 (1) 의 연결점에 설치하고 비틀림 강성 요소를 사이에 설치하는 것을 또한 생각할 수 있다.

이미 여러 번 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 댐퍼는 특히 WT 에 설치하기에 적합하다. 따라서, 본 발명은 본 발명에 따른 진동 댐퍼를 갖는 풍력 터빈에 관한 것이다.

본 발명은 특히, 이러한 유형의 풍력 터빈 또는 다른 진동에 민감한 빌딩의 건설 및 작동 중에 진동 상황의 방지 및 감소뿐만 아니라, 정상 상태 또는 정상 작동 시 구조물 또는 빌딩의 공진-유도 진동 및 진동-유도 극한 상황의 경우에 큰 댐퍼 진폭의 감소 및 방지를 위한 본 발명에 따른 댐퍼의 사용에 관한 것이다.

1 댐퍼 현수점
2 진자 길이
3 댐퍼 질량체
4 수평 스프링
5 케이블 연결점
6 스톱 링
7 수직 스프링
8 케이블

Claims

댐퍼 질량체 및 상기 댐퍼 질량체 아래에 설치되는 스프링 디바이스를 갖는 진자로 본질적으로 구성되는, 슬림한 고층 빌딩 및 구조물을 위한 진동 댐퍼로서,
(i) 상기 스프링 디바이스는 그의 전체 스프링력이 본질적으로 수직 방향으로 작용하도록 배치되고, 상기 스프링 디바이스는 전체 스프링 특성 라인이 비선형적 또는 점진적이라는 효과를 갖는 적어도 2 개의 상이한 영역들을 구비하고,
(ii) 상기 댐퍼 질량체는 직접적으로 또는 간접적으로 상기 스프링 디바이스를 통해 상기 진동 댐퍼 아래에 상기 구조물 또는 빌딩의 부착점에 연결되는, 진동 댐퍼.
제 1 항에 있어서,
상기 스프링 디바이스는 상이한 스프링 강성들을 갖는 적어도 2 개의 스프링 영역들을 구비하는 것을 특징으로 하는 진동 댐퍼.
제 2 항에 있어서,
상기 스프링 디바이스는 제 1 스프링 강성을 갖는 제 1 스프링 영역 및 제 2 스프링 강성을 갖는 제 2 스프링 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 진동 댐퍼.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 스프링 영역은 200 N/mm 미만의 스프링 강성을 갖고, 상기 제 2 스프링 영역은 200 N/mm 초과의 스프링 강성을 갖는 것을 특징으로 하는 진동 댐퍼.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 스프링 영역은 3 N/mm 초과 200 N/mm 미만의 스프링 강성을 갖고, 상기 제 2 스프링 영역은 200 N/mm 초과 3000 N/mm 미만의 스프링 강성을 갖는 것을 특징으로 하는 진동 댐퍼.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스프링 디바이스는 하나 이상의 수직 스프링을 포함하고, 복수의 수직 스프링들은 직렬 연결 또는 병렬 연결에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 진동 댐퍼.
제 6 항에 있어서,
상기 스프링 디바이스는 적어도 2 개의 수직 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 댐퍼.
제 7 항에 있어서,
적어도 2 개의 수직 스프링은 상이한 스프링 강성을 갖는 것을 특징으로 하는 진동 댐퍼.
제 8 항에 있어서,
제 1 수직 스프링은 3 N/mm 초과 200 N/mm 미만의 스프링 강성을 갖고, 제 2 수직 스프링은 200 N/mm 초과 3000 N/mm 미만의 스프링 강성을 갖는 것을 특징으로 하는 진동 댐퍼.
제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스프링 디바이스는 길이에 걸쳐 분포된 상이한 스프링 강성을 갖는 적어도 2 개의 스프링 영역들을 구비하는 적어도 하나의 수직 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 댐퍼.
제 10 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 수직 스프링의 상이한 스프링 강성은 스프링의 상이한 코일링에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 진동 댐퍼.
제 6 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수직 스프링들은 텐션 및/또는 압축 스프링들인 것을 특징으로 하는 진동 댐퍼.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
댐퍼 질량체와 부착점 사이의 분리가 0.5 m 내지 5.0 m 인 것을 특징으로 하는 진동 댐퍼.
제 13 항에 있어서,
댐퍼 질량체와 부착점 (5) 사이의 분리가 1.0 m 내지 3.0 m 인 것을 특징으로 하는 진동 댐퍼.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 댐퍼 질량체는 케이블, 바아 또는 로드를 통해 상기 부착점에 연결되는 것을 특징으로 하는 진동 댐퍼.
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
부착점과 스프링 디바이스 사이의 분리는 가동 또는 고정된 스톱 또는 부착 디바이스에 의해 다시 단축 및 연장될 수 있어서, 상기 댐퍼의 진동수가 상기 스프링 디바이스의 결과적인 신장 또는 압축에 의해 변화될 수 있는 것을 특징으로 하는 진동 댐퍼.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 댐퍼는 상기 스프링 디바이스의 프리텐션을 변경 및 조정하기 위한 기계식 또는 유압식, 이동식 또는 고정식 디바이스를 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 댐퍼.
제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 진자는 로드 또는 튜브로 구성되고, 그 하단부에는 상기 스프링 디바이스를 위한 부착점을 갖는 댐퍼 질량체가 장착되고, 그 상단부에는 비틀림 회전없이 진자의 자유 운동이 가능한 것을 보장하는 조인트가 장착되는 것을 특징으로 하는 진동 댐퍼.
풍력 터빈으로서,
상기 풍력 터빈이 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 진동 댐퍼를 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
풍력 터빈의 건설 및 작동 중에 진동 상황의 방지 및 감소를 위한 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 진동 댐퍼의 용도
정상 상태 또는 정상 작동에서 구조물 또는 빌딩의 공진-유도 진동 및 진동-유도 극한 상황의 경우에 큰 댐퍼 진폭의 방지 및 감소를 위한 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 진동 댐퍼의 용도.