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CN111051694A - 塔架减振器 - Google Patents

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CN111051694A
CN111051694A CN201880057038.9A CN201880057038A CN111051694A CN 111051694 A CN111051694 A CN 111051694A CN 201880057038 A CN201880057038 A CN 201880057038A CN 111051694 A CN111051694 A CN 111051694A
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chamber
damper
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P·S·莫滕森
M·瓦斯特洛娃
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MHI Vestas Offshore Wind AS
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Abstract

本发明涉及一种包括塔架减振器(100)的风力涡轮机塔架，塔架减震器具有调谐质量阻尼器和一个或多个冲击阻尼单元(113、114、115、200、300、400)。调谐质量阻尼器包括：钟摆结构(101、208)；室，该室将摩擦介质(112)连接到至少部分浸入其中的钟摆结构(101、208)；以及悬挂装置(103‑111)，该悬挂装置将钟摆结构(101、208)悬挂在风力涡轮机塔架内部，使得允许钟摆结构(101、208)从中立位置朝向室的外边界(102)位移。冲击阻尼单元(113、114、115、200、300、400)定位在钟摆结构(101、208)与外边界(102)之间，使得室的外边界(102)和钟摆结构(101、208)可以经由冲击阻尼单元(113、114、115、200、300、400)碰撞。

Description

塔架减振器
技术领域
本发明涉及一种具有塔架减振器的风力涡轮机塔架。为了在风力涡轮机塔架的组装、存储、运输、安装和/或运行期间减少由涡流引起的振动，在这种风力涡轮机塔架中安装减振器。
背景技术
近年来，随着现代风力涡轮发电机的高度变得越来越高，例如风力涡轮机行业内的涡流引起的振动的阻尼变得更重要。
通常，涡流引起的振动可以通过改变暴露于风的结构的形状或改变暴露于风的结构的振动特性来阻尼。例如，改变结构的形状可能涉及将扰流板固定到结构的外表面，而改变结构的振动特性可能涉及改变结构的固有频率，或者将减振器添加到结构。减振器通常放置为靠近结构的自由端，即，顶部。
显然，在风力涡轮发电机的运行期间应对振动通常至关重要。然而，在风力涡轮机塔架的组装、存储、运输、安装和/或运行期间应对特别是涡流引起的振动也是至关重要的，因为否则塔架可能由于不受控制的振动而损坏，可能需要用于将塔架固定到支架的更坚固的结构和/或可能危害在塔架中或附近工作的人员的安全。
提供一种简单而鲁棒的塔架减振器可以被视为本发明的实施方式的目的，该减振器可以在组装、存储、运输和/或安装期间以及在风力涡轮机已经组装之后(即，在风力涡轮发电机的运行期间)提供风力涡轮机塔架的阻尼。
发明内容
上述目的通过在第一方面中提供一种包括塔架减振器的风力涡轮机塔架来实现，该塔架减振器包括：
调谐质量阻尼器，该调谐质量阻尼器包括：
-钟摆结构，该钟摆结构悬挂在风力涡轮机塔架内部；
-室，该室包括外边界，该室将摩擦介质连接到钟摆结构；以及
-悬挂装置，该悬挂装置将钟摆结构悬挂在风力涡轮机塔架内部，使得允许钟摆结构从中立位置朝向室的外边界位移，
和冲击阻尼器，该冲击阻尼器包括：
-一个或多个冲击阻尼单元，该一个或多个冲击阻尼单元定位在钟摆结构与室的外边界之间，使得室的外边界和钟摆结构可以经由冲击阻尼器而碰撞。
由此，本发明的减振器包括：调谐质量阻尼器，该调谐质量阻尼器被构造为在风力涡轮发电机的运行期间起作用；和冲击阻尼器，该冲击阻尼器被构造为在风力涡轮机塔架的组装、存储、运输和/或安装期间起作用，以便减小特别是涡流引起的振动。也称为谐波吸收器或地震阻尼器的调谐质量阻尼器，是一种安装在结构中以减小机械振动振幅的装置。调谐质量阻尼器针对由谐波振动引起的剧烈运动稳定。调谐阻尼器减轻具有相对轻量部件的系统的振动，使得最坏情况下的振动不那么强烈。当作为调谐质量阻尼器工作时，在没有吸收振动能量的、钟摆与室的外边界之间的机械冲击的情况下，基于调谐质量阻尼器的钟摆的减振效果仅由阻尼器的振荡引起。为了使调谐质量阻尼器最佳地工作，应将阻尼器仔细调谐至结构的固有频率。所安装的风力涡轮发电机的固有频率是恒定的，并且可以通过本领域已知的标准方法来确定，其中，之后，可以将调谐质量阻尼器调谐至该频率。然而，在组装、存储、运输以及安装期间，塔架的固有频率根据组装的阶段(即，尺寸、重量、重量分布以及空气动力结构)、紧固到支撑结构的类型以及支撑件的特性变化(例如，滚装船对单桩或地面存储)。因此，调谐质量阻尼器的效率可能低于塔中安全工作所需的效率，或者可能需要更改紧固，或者调谐质量阻尼器可能需要在每次移动之后调谐，这是不实际的。
另一方面，冲击阻尼器确实依赖机械冲击来吸收振动能量，借此减轻甚至去除涡流引起的振动。冲击的效果可能部分或完全归因于塔架结构的有效质量且因此固有频率在经由冲击阻尼器引起的、钟摆结构与室之间的冲击期间发生变化，借此分解涡流引起的振动。通过定位在钟摆结构与室的外边界之间，冲击阻尼器在钟摆结构撞击室壁(经由冲击阻尼器)时吸收钟摆结构的动能。优选地，与安装后的风力涡轮发电机的正常运行期间相比，冲击阻尼器在风力涡轮机塔架的组装、存储、运输和/或安装期间仅在存在不同的固有频率、不同的振荡模式和/或大的振动振幅时才被“启动”。
注意，关于冲击阻尼器，术语“启动”是指减震器的构造，在该构造中，冲击阻尼器能够执行其阻尼功能。阻尼功能本身可以并且在大多数实施方式中将以无源且完全机械的方式实现。当被启动时，冲击阻尼器以以下这种方式定位在钟摆结构与室壁之间：风力涡轮机塔架的特定振动振幅使得钟摆结构经由冲击阻尼器而与室壁碰撞。当被停用时，相同量的风力涡轮机振动将既不直接也不经由冲击装置引起这种碰撞。
冲击阻尼器的停用或拆卸可以例如通过以下方式来实现：去除或重新安置冲击阻尼器，改变其形状和/或尺寸，或者相对于室壁旋转钟摆结构。
本发明的塔架减振器由于其简单且鲁棒的设计而是有利的。而且，冲击阻尼器的优点在于：当风力涡轮发电机被完全组装时，它可以被拆卸并在另一个风力涡轮机塔架中重新使用。因此，在优选实施方式中，冲击阻尼器适于为了经由冲击阻尼器来防止外边界与钟摆结构的碰撞而被停用。停用例如可以通过以下方式来实现：去除或重新安置至少一个冲击阻尼器单元，改变冲击阻尼器单元中的至少一个的形状和/或尺寸(例如，通过放气)，或者相对于室的外边界旋转钟摆结构。已经观察到，不停用/拆卸冲击阻尼器可能对调谐质量阻尼器的阻尼特性具有负面影响。在不打算在塔架安装后(完全)去除冲击阻尼器的情况下，钟摆结构可以被构造为在仍然(部分)安装冲击单元时具有期望的阻尼特性。塔架安装后的该期望阻尼特性优选地与塔架安装期间的阻尼特性不同。
如此处所用的，术语塔架还包含塔节和部分组装的塔架以及包括塔架的完全组装的风力涡轮发电机。
摩擦介质是充当调谐质量阻尼器的元件的一部分。摩擦介质的示例是：在室的底部与钟摆之间的摩擦元件；设置在钟摆与室壁之间的基于磁性、机械或流体(诸如液体)的阻尼器或吸收器。最优选的是，摩擦介质是保持在室中的阻尼液体，其中，室具有在外边界的壁部分之间延伸的底部，钟摆结构至少部分地浸入该底部中。室将摩擦介质连接到钟摆结构。对于阻尼液体，这由保持阻尼液体的室来进行，因此，钟摆可以在阻尼液体中前后移动。对于基于磁性、机械或流体的阻尼器或吸收器，室可以例如通过以下方式来将摩擦介质连接到钟摆：将摩擦介质的一端连接到室的壁，并且将摩擦介质的另一端连接到钟摆。
在一个实施方式中，钟摆结构可以包括圆柱形的钟摆主体，并且一个或多个冲击阻尼单元可以定位在圆柱形的钟摆主体的外表面与室的外边界的内表面之间。室的外边界可以由风力涡轮机塔架壁或由固定至主风力涡轮机塔架结构的面板或壁形成。另选地，钟摆结构可以是多边形的。
在另外的实施方式中，一个或多个冲击阻尼单元可以可拆卸地固定到钟摆结构。由此，当风力涡轮发电机被完全组装时，可以去除一个或多个冲击阻尼单元。特别地，一个或多个冲击阻尼单元可以从钟摆结构的上边缘可拆卸地悬挂。
冲击阻尼单元的数量可以被选择为满足某些需求。由此，冲击阻尼单元的数量可以大于2，诸如大于3，诸如大于4，诸如大于6，诸如大于8。而且，冲击阻尼单元可以均匀地分布在钟摆结构的中心轴线周围或风力涡轮机塔架的中心轴线周围。冲击阻尼单元113、114、115、200、300、400的数量最多可以为16个，诸如最多9个。
各个冲击阻尼单元可以包括一个或多个弹性护板，各个护板的计示硬度至少为肖氏50A，诸如肖氏60A，诸如肖氏70A，诸如肖氏80A。各个护板的计示硬度至多为肖氏85A，诸如至多肖氏80A。一个或多个弹性护板可以被实现为实心结构或中空结构，诸如可充气结构。在实施方式中，每个冲击阻尼单元可包括相对设置的第一和第二弹性护板，其中，第一弹性护板面向钟摆结构，并且其中，第二弹性护板面向室的外边界。第一弹性护板和第二弹性护板可以固定到冲击阻尼单元的公共基础结构。
在另外实施方式中，冲击阻尼单元可以被实现为固定到室的外边界或从室的外边界悬挂的可充气结构。这种可充气结构的示例可以包括但不限于空气波纹管球和轮胎。在该实施方式中，冲击阻尼单元可以被永久地安装和充气启动及放气停用。
在又一个实施方式中，冲击阻尼单元可以附接到风力塔架壁，这形成多个向内定向的突起。在该实施方式中，调谐质量阻尼器可以被构造为如下形状，该形状在调谐质量阻尼器绕风力塔架的纵轴旋转时允许调节距冲击阻尼单元的距离。例如，钟摆可以是规则的或不规则的多边形。当多边形钟摆的拐角与附接到风力塔架壁的冲击阻尼单元对齐时，距离最小，由此，冲击阻尼单元起作用。当钟摆围绕塔架的纵轴旋转并且多边形钟摆的拐角不再与冲击阻尼单元对齐时，距离增大，并且冲击阻尼单元失效。
保持供钟摆结构至少部分浸入其中的阻尼液体的室可以包括外边界，该外边界的底部在外边界的壁部分之间延伸，并且其中，室的外边界可以由风力涡轮机塔架壁的一部分形成。
用于将钟摆结构悬挂在风力涡轮机塔架内部的悬挂装置可以包括：
-多根线，该多根线用于悬挂钟摆结构；和
-调谐装置，该调谐装置被构造为调节悬挂的钟摆结构的固有频率，对于所述多根线中的每根线，调谐装置包括夹具，该夹具在一端处固定到风力涡轮机塔架，并且在另一端处固定到线，其中，夹具的固定被构造为使得夹具可沿着线的纵向方向移动。
悬挂装置的简单版本可仅包括单根线和将线固定到风力涡轮机塔架的装置，诸如夹。
本发明的塔架减振器可以安装在垂直风力涡轮机塔架内部的尽可能高的位置。通常，将塔架减振器安装在竖直风力涡轮机塔架的上部1/3内可提供塔架振动的有效阻尼。
在第二方面中，本发明涉及一种阻尼风力涡轮机塔架的塔架振动的方法，该方法包括以下步骤：
-设置调谐质量阻尼器，该调谐质量阻尼器包括：
-钟摆结构，该钟摆结构悬挂在风力涡轮机塔架内部；
-室，该室包括外边界和在该外边界下方延伸的底部，室保持阻尼液体，钟摆结构至少部分地浸入该阻尼液体中；以及
-悬挂装置，该悬挂装置用于将钟摆结构悬挂在风力涡轮机塔架内部，使得允许钟摆结构从中立位置朝向室的外边界位移；以及
-在风力涡轮机塔架的组装、存储、运输和/或安装期间，设置冲击阻尼器，该冲击阻尼器包括：
-一个或多个冲击阻尼单元，该一个或多个冲击阻尼单元定位在钟摆结构与室的外边界之间，使得室的外边界和钟摆结构可以经由冲击阻尼器而碰撞。
在可拆卸冲击阻尼器的情况下，本发明的方法还可包括以下步骤：当风力涡轮机塔架不再处于组装、存储、运输和/或安装期间时，拆卸冲击阻尼器。
在另外方面中，本发明涉及通过在钟摆结构101、208与室的外边界102之间设置冲击阻尼单元113、114、115、200、300、400来将调谐质量阻尼器用作冲击阻尼器，钟摆结构101、208设置在室中。
附图说明
现在将参照附图进一步详细地描述本发明，附图中：
图1示出了本发明的塔架减震器的剖视图；
图2示出了冲击阻尼单元的剖视图，该冲击阻尼单元定位在钟摆结构与风力涡轮机塔架壁之间，以便将塔架壁位移传递到钟摆结构；
图3是冲击阻尼单元的3D立体图；
图4是冲击阻尼单元的剖视图；
图5示出了冲击阻尼单元的侧视图和顶视图；
图6示出了作为冲击阻尼单元的结果的减轻的风力塔架振动；以及
图7示出了各种运行模式。
虽然本发明易受各种修改和另选形式影响，但在附图中已经用示例的方式示出并将在此处详细描述具体实施方式。然而，应理解，本发明不旨在限于所公开的特定形式。相反，本发明将覆盖落在如由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等同物以及替代。
具体实施方式
在最广泛的方面中，本发明涉及一种塔架减振器，该塔架减振器包括调谐质量阻尼器和一个或多个冲击阻尼单元，该一个或多个冲击阻尼单元被构造为借助冲击阻尼单元与塔架壁和/或调谐质量阻尼器之间的冲击来传递塔架结构的位移。本发明的具有冲击阻尼单元的塔架减振器特别适合于在风力涡轮机塔架的组装、存储、运输、安装和/或运行期间阻尼由涡流引起的振动。塔架减振器在低风速下的总体响应遵循调谐质量阻尼器行为，而作为偏移的谐振频率的结果，在更高风速下的总体响应遵循组合的调谐质量阻尼器和冲击阻尼器行为。在高风速下，塔架减振器的整体响应遵循组合质量的规则1自由度(DOF)响应。
由于涡流引起的振动在安装机舱之前最显著，因此本发明的塔架减振器的至少一个或多个冲击阻尼单元可以在风力涡轮机塔架的组装、存储、运输和/或安装期间在风力涡轮机塔架中临时安装和操作。然后，在整个风力涡轮发电机已经组装并在另一个塔架中重新使用之后，可以拆除一个或多个冲击阻尼单元。调谐质量阻尼器在风力涡轮发电机组装后维持其运行，但没有冲击阻尼单元，因为在安装机舱和转子时，风力塔架的频率特性变化。
在本发明的实施方式中，冲击阻尼单元由可充气结构(未示出)组成。这种可充气结构的示例包括但不限于空气波纹管球和轮胎。在该实施方式中，冲击阻尼单元可以被永久地安装，并且充气启动及放气停用。冲击阻尼结构可以悬挂在风力塔架壁或调谐质量阻尼器上。
在本发明的另外实施方式中，冲击阻尼单元附接到风力塔架壁，作为多个突起(未示出)。调谐质量阻尼器被构造为具有如下形状，该形状在调谐质量阻尼器绕风力塔架的纵轴旋转时允许调节距冲击阻尼单元的距离。例如，钟摆可以是多边形。当多边形钟摆的拐角与附接到风力塔架壁的冲击阻尼单元对齐时，距离最小，由此，冲击阻尼单元起作用。当钟摆围绕塔架的纵轴旋转时，距离增大，并且冲击阻尼单元失效。
现在参照图1，描绘了本发明的实施方式100的侧视图。图1示出了悬挂在三根线103、104、105中的圆柱形钟摆结构101。钟摆结构的重量基于塔架的广义质量来确定。线103、104、105的长度设置减振器的固有频率。由此，通过改变线103、104、105的长度，可以改变圆柱形钟摆结构的固有频率，从而适应特定需求。
在本申请中，术语“线的长度”涉及自由摆动的线的长度，即，线附接到塔架结构的悬挂点或中间固定点与钟摆结构之间的距离。对于悬挂点和固定点共同的是，线至少关于横向位移是固定的。线可以在悬挂点或固定点以下成角度地移动，这允许钟摆结构摆动。
在图1所描绘的实施方式中，线103、104、105的长度可通过上下(即，沿着线103、104、105的纵向方向)移动各个线固定结构106、107、108来改变。钟摆结构的固有频率通过调节线103、104、105的长度来调谐，并且被调谐为低于风力涡轮机塔架的固有频率。三根线103、104、105分别经由托架109、110、111而附接到钟摆结构。
如图1所描绘的，钟摆结构101至少部分地定位在包含阻尼液体112的室或容器中。钟摆结构101至少部分地浸入该阻尼液体112中，以便阻尼钟摆结构的侧壁移动。
悬挂的钟摆结构101、包括线固定结构106、107、108的线103、104、105以及包含阻尼液体112的室或容器被永久地安装在风力涡轮机塔架中，由此也应用于风力涡轮机的正常运行期间的阻尼目的。
如图1中指示的，在图1中可以看到三个的冲击阻尼单元113、114、115可拆卸地固定到钟摆结构101。如图1中看到的，冲击阻尼单元113、114、115定位在钟摆结构101与风力涡轮机塔架壁102之间。由此，塔架减振器包括呈钟摆结构101形式的调谐质量阻尼器和多个冲击阻尼单元113、114、115。冲击阻尼单元的数量可以选择为满足某些要求。而且，可以选择冲击阻尼单元的角度分布来满足这种要求。关于图2至图5公开了冲击阻尼单元的可能实现方式。
本发明的塔架减振器可以以下三种运行模式运行：
1)非碰撞运行模式(塔架上有小力)
2)碰撞有限运行模式(塔架上有中等力)
3)过度运行模式(塔架上有强力)
在非碰撞运行模式下，风力涡轮机塔架壁102的位移太小而不能接合冲击阻尼单元113、114、115，这导致风力涡轮机塔架有规律的2-DOF响应。在碰撞有限运行模式下，冲击阻尼单元113、114、115与风力涡轮机塔架壁102暂时接合，这有效限制了风力涡轮机塔架的响应。在过度过度运行模式下，钟摆结构101基本上跟随风力涡轮机塔架的位移，这导致风力涡轮机塔架有规律的1-DOF响应。将结合图7进一步详细地公开运行原理。
本发明的塔架减振器适于安装在竖直风力涡轮机塔架内部的尽可能高的位置。通常，将塔架减振器安装在竖直风力涡轮机塔架的上部1/3内将提供塔架振动的有效阻尼。
现在转到图2，描绘了可拆卸地固定到钟摆结构208的冲击阻尼单元200的示例。如图2中看到的，冲击阻尼单元200定位在钟摆结构208与风力涡轮机塔架壁209之间，这形成室的外边界的一部分。冲击阻尼单元200包括基础元件201，该基础元件固定有两个相对布置的弹性护板202、203。基础元件201可以由金属制成，而弹性护板202、203由具有30至100或至少肖氏50A(诸如肖氏60A，诸如肖氏70A，诸如肖氏80A)的计示硬度的更软材料制成。各个护板的计示硬度至多为肖氏85A，诸如至多肖氏80A。螺杆204使用适当数量的螺母固定到基础元件201。孔眼结构205固定到螺杆204，这允许冲击阻尼单元200可以悬挂在具有调节长度的线206中，以便适应钟摆结构208的高度。托架207可拆卸地固定到钟摆结构208，并且线206经由钩环固定到托架207。
当钟摆处于中立位置中时，在弹性护板202与风力涡轮机塔架壁209之间允许通常为几厘米的开口210。由此，通过如图2描绘地安装冲击阻尼单元200，显著降低钟摆结构208的位移能力。开口210的尺寸可以适合于特定需求，即，可以适合于风力涡轮机塔架壁209应与弹性护板202碰撞的振动水平。
在风力涡轮机塔架壁209的小位移下，即，在非碰撞运行模式下，塔架壁209将不与冲击阻尼单元200的弹性护板202接合。在塔架壁209的更大位移下，即，在碰撞有限运行模式下，塔架壁209将与冲击阻尼单元200的弹性护板202暂时接合。在塔架壁209的甚至更大位移下，即，在过度过度运行模式下，钟摆结构208基本上遵循风力涡轮机塔架壁209的位移。理想地，开口210的尺寸应以以下方式来定制，该方式使得避免在组装、存储、运输和/或安装期间进入过度过度运行模式。如之前提出的，在整个风力涡轮发电机已经组装并在另一个风力涡轮机塔架中重新使用之后，可以拆除一个或多个冲击阻尼单元200。
通常，应当注意，图2所示的冲击阻尼单元200可以以与如图2描绘的不同的方式可拆卸地固定。例如，冲击阻尼单元200可以固定到风力涡轮机塔架壁209，而不是固定至钟摆结构208。
在图3中，以3D立体图描绘了冲击阻尼单元300。如在图3中看到的，冲击阻尼单元300包括基础元件301和固定到其的两个相对布置的(多组)弹性护板302、303。弹性护板302适于与风力涡轮机塔架接合，而弹性护板303适于与钟摆结构接合。螺杆304在一端中固定到基础元件301，并且在另一端中固定到孔眼结构305。设置具有可调节长度的两根线306、307，以便将冲击阻尼单元300悬挂在相应的托架308、309中，这些托架适于可拆卸地固定到钟摆结构(未示出)的上边缘。如上所述，弹性护板302、303可以由具有至少肖氏50A(诸如肖氏60A，诸如肖氏70A，诸如肖氏80A)的计示硬度的材料制成。各个护板的计示硬度至多为肖氏85A，诸如至多肖氏80A。
图4示出了冲击阻尼单元400的侧视立体图。如之前提出的，冲击阻尼单元400包括基础元件401和固定到其的两个相对布置的弹性护板402、403。弹性护板403适于与风力涡轮机塔架接合，而弹性护板402适于与钟摆结构接合。螺杆404在一端中固定到基础元件401，并且在另一端中固定到孔眼结构405。再次，设置两根可调节线406(一根被隐藏)，以便将冲击阻尼单元400悬挂在相应的托架408(一根被隐藏)中，这些托架适于经由螺钉409可拆卸地固定到钟摆结构(未示出)的上边缘。线406经由相应的钩环407固定到托架408。
图5a和图5b示出了冲击阻尼单元的更详细的立体图。现在参照图5a所示的前视立体图，两个弹性护板部501、502经由螺栓/螺母507固定到基础元件(未示出)。再次，螺杆503经由螺母505、506固定到基础元件(未示出)。孔眼结构504被固定到螺杆503，使得冲击阻尼单元可以经由所述孔眼结构504悬挂在可调节线(未示出)中。在图5b所示的顶视图中，冲击阻尼单元包括相对的成对的弹性护板509、510和511、512，所有护板经由贯穿的螺栓固定到基础元件508。还描绘了用于悬挂冲击阻尼单元的孔眼结构513。
图6中演示了本发明的塔架减振器的作用。上曲线图中示出了两个加速度信号601、602的时间发展。两个加速度信号601、602源自安装在风力涡轮机塔架中的两个加速度计，该风力涡轮机塔架暴露于恒定的风速，该恒定的风速能够引起涡旋振动。由于两个加速度计的轴线略成角度，所以两个加速度信号601、602也略有不同。为了阻尼涡流引起的振动，在风力涡轮机塔架中设置悬挂的钟摆结构以及四个均匀分布的冲击阻尼单元。如从图6的上曲线图中的两条曲线601、602看到的，风力涡轮机塔架的加速度增大，直到时间达到大约446秒为止。在用箭头603标记的该点处，冲击阻尼单元与风力涡轮机塔架壁暂时接合，借此，整个系统响应从常规调谐质量阻尼器变为包括调谐质量阻尼器和冲击阻尼器的组合响应。响应的该变化源于系统固有频率的变化或偏移。从图6的上曲线图清楚的是，由于冲击阻尼单元与风力涡轮机塔架的接合，加速度且从而风力涡轮机塔架顶部的位移逐渐消失。
在图6的下曲线图中，示出了两个测得的频谱604、605。频谱604、605分别源自加速度信号601、602。在各个频谱604、605中存在两个圆形或平滑的谐振峰606、607。峰606源自钟摆结构的调谐固有频率，而峰607源自风力涡轮机塔架的固有频率。峰的圆形或平滑形状由以下事实引起：系统处于碰撞有限运行模式，在该模式下，冲击阻尼单元与风力涡轮机塔架壁暂时接合，这有效地降低了风力涡轮机塔架的响应。
图7例示了本发明的塔架减振器的基本原理。如之前提到的，塔架减振器可被认为具有调谐质量阻尼器和冲击阻尼器。在非碰撞运行模式下，风力涡轮机塔架壁的位移太小而无法启动，从而无法与冲击阻尼器接合，这导致风力涡轮机塔架的规则的2-DOF响应，参阅图7中的塔架响应曲线702，在该塔架响应曲线702中，钟摆结构和风力涡轮机塔架的固有频率下的塔架响应显著。在碰撞有限运行模式下，冲击阻尼器与风力涡轮机塔架壁暂时接合，这有效地阻尼风力涡轮机塔架的响应，参阅图7中的塔架响应曲线703，在该塔架响应曲线703中，由于阻尼，钟摆结构和风力涡轮机塔架的固有频率下的塔架响应不那么显著。在过度过度运行模式下，钟摆结构基本上跟随风力涡轮机塔架的位移，这导致风力涡轮机塔架的规则的1-DOF响应，参见图7中的塔架响应曲线704，在该塔架响应曲线704中，钟摆结构和风力涡轮机塔架的产生/组合的固有频率下的塔架响应高度显著。因此，应避免过度过度模式，因为冲击阻尼器的积极作用降低，并且在图7最右上方的情况下，冲击阻尼器将不对塔架的振动具有任何影响。
在图7的上曲线图中，在非碰撞、碰撞有限以及过度运行模式下描绘了塔架响应对力振幅。上虚线706例示了在过度运行模式的情况下(即，在钟摆结构基本上跟随风力涡轮机塔架的位移的场景中)的理论上的1-DOF塔架响应。下虚线707例示了在无冲击阻尼器有效的情况下的理论上的2-DOF塔架响应。塔架响应曲线707的斜率由钟摆结构的质量和悬挂它的线的长度给出。
实线701例示了本发明的塔架减振器的响应。如看到的，实线701在非碰撞状况下遵循2-DOF塔架响应707。在碰撞有限状况下，与2-DOF塔架响应707相比，塔架响应被显著阻尼，而在过度状况下，塔架响应增长并如所预料的接近1-DOF塔架响应706。因此，观察到，在碰撞有限状况下，当力振幅增大到导致经由冲击阻尼器进行的钟摆结构与室外边界之间的碰撞的状况时，尽管力振幅高得多，但根据本发明的冲击阻尼器也能够将塔架响应保持在大约非碰撞状况的水平。实际上，这意味着可以例如在导致第二状况下的力振幅的风速下在塔架的组装、存储、运输以及安装期间在塔架中并与塔架一起工作，在第二状况下，将需要在其他方面推迟工作。
总之，本发明的塔架减振器通过将永久安装的调谐质量阻尼器与一个或多个可拆卸的冲击阻尼单元组合，来提供涡流引起的塔架振动的有效阻尼，这些冲击阻尼单元在被启动时显著减轻涡流产生的塔架振动。永久安装的调谐质量阻尼器旨在用于所生成的已组装风力涡轮机的阻尼目的，而一个或多个冲击阻尼单元拆卸并在另一个风力涡轮机塔架中重新使用。
另外，测试表明，在碰撞有限运行模式下的塔架变化的频率响应引起涡流负荷的影响，否则涡流负荷将进一步增大要减小的力振幅和塔架响应。
本发明还涉及调谐质量阻尼器作为风力涡轮机塔架中的冲击阻尼器的用途。调谐质量阻尼器具有钟摆，并且通过允许由摩擦介质阻尼在塔架振动的影响下的钟摆移动来运行。该移动在正常运行中不涉及使钟摆冲击在使用期间布置防止部的室的外边界，因为这将把塔架的固有频率变为调谐质量阻尼器可被调谐至的频率。出人意料地，通过在钟摆结构与室的外边界之间设置冲击阻尼单元，将调谐质量阻尼器的正常运行变为冲击阻尼器，使得振动偶尔将导致经由冲击阻尼单元进行钟摆与室的外边界之间的冲击，从而减轻涡流引起的塔架振动。

Claims (15)

1.一种包括塔架减振器(100)的风力涡轮机塔架，所述塔架减震器(100)包括：
调谐质量阻尼器，该调谐质量阻尼器包括：
-钟摆结构(101、208)，该钟摆结构悬挂在所述风力涡轮机塔架内部；
-室，该室包括外边界(102)，所述室将摩擦介质连接到所述钟摆结构(101、208)；以及
-悬挂装置(103-111、206、207、306、307、308、309、406、407、408、409)，该悬挂装置将所述钟摆结构(101、208)悬挂在所述风力涡轮机塔架内部，使得允许所述钟摆结构(101、208)从中立位置朝向所述室的所述外边界(102)位移，和
冲击阻尼器，该冲击阻尼器包括：
-一个或多个冲击阻尼单元(113、114、115、200、300、400)，该一个或多个冲击阻尼单元定位在所述钟摆结构(101、208)与所述室的所述外边界(102)之间，使得所述室的所述外边界(102)和所述钟摆结构(101、208)能够经由所述冲击阻尼器而碰撞。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机塔架，其中，所述摩擦介质是阻尼液体(112)，并且所述室的所述外边界(102)具有在所述外边界(102)的壁部分之间延伸的底部，所述室保持所述阻尼液体(112)，所述钟摆结构(101、208)至少部分地浸入该阻尼液体中。
3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机塔架，其中，所述冲击阻尼器适于为了经由所述冲击阻尼器来防止所述外边界与所述钟摆结构(101、208)的碰撞而被停用。
4.根据权利要求3所述的风力涡轮机塔架，其中，所述冲击阻尼器适于通过以下方式来停用：去除或重新安置所述冲击阻尼器单元(113、114、115、200、300、400)中的至少一个，改变所述冲击阻尼器单元(113、114、115、200、300、400)中的至少一个的形状和/或尺寸，或者相对于所述室的所述外边界(102)旋转所述钟摆结构(101、208)。
5.根据前述权利要求中任意一项所述的风力涡轮机塔架，其中，所述一个或多个冲击阻尼单元(113、114、115、200、300、400)可拆卸地固定到所述钟摆结构(101、208)。
6.根据前述权利要求中任意一项所述的风力涡轮机塔架，其中，所述一个或多个冲击阻尼单元(113、114、115、200、300、400)从所述钟摆结构(101、208)的上边缘悬挂。
7.根据前述权利要求中任意一项所述的风力涡轮机塔架，其中，冲击阻尼单元(113、114、115、200、300、400)的数量大于2，诸如大于3，诸如大于4，诸如大于6，诸如大于8，并且优选地，冲击阻尼单元(113、114、115、200、300、400)的所述数量最多为16个，诸如最多9个。
8.根据权利要求7所述的风力涡轮机塔架，其中，所述冲击阻尼单元(113、114、115、200、300、400)均匀地分布在所述钟摆结构(101、208)的中心轴线的周围和/或所述风力涡轮机塔架的中心轴线周围。
9.根据前述权利要求中任意一项所述的风力涡轮机塔架，其中，各个冲击阻尼单元(113、114、115、200、300、400)包括一个或多个弹性护板(202、203、302、303、402、403、501、502、509、510、511、512)，各个护板的计示硬度至少为肖氏50A，诸如肖氏60A，诸如肖氏70A，诸如肖氏80A，并且优选地，各个护板的计示硬度至多为肖氏85A，诸如至多肖氏80A。
10.根据权利要求9所述的风力涡轮机塔架，其中，每个冲击阻尼单元(113、114、115、200、300、400)包括相对设置的第一弹性护板和第二弹性护板，其中，所述第一弹性护板面向所述钟摆结构(101、208)，并且其中，所述第二弹性护板面向所述室的所述外边界(102)。
11.根据前述权利要求中任意一项所述的风力涡轮机塔架，其中，所述室的所述外边界(102)由风力涡轮机塔架壁(102)的一部分形成。
12.根据前述权利要求中任意一项所述的风力涡轮机塔架，其中，所述悬挂装置包括：
-多根线(103、104、105、206、307、306、406)，该多根线用于悬挂所述钟摆结构(101、208)；和
-调谐装置，该调谐装置被构造为调节悬挂的所述钟摆结构(101、208)的固有频率，对于所述多根线(103、104、105、206、307、306、406)中的每根线，所述调谐装置包括夹具，该夹具在一端处固定到所述风力涡轮机塔架，并且在另一端处固定到所述线(103、104、105、206、307、306、406)，其中，所述夹具的所述固定被构造为使得所述夹具能够沿着所述线(103、104、105、206、307、306、406)的纵向方向移动。
13.一种阻尼风力涡轮机塔架中的塔架振动的方法，所述方法包括以下步骤：
-设置调谐质量阻尼器，该调谐质量阻尼器包括：
-钟摆结构(101、208)，该钟摆结构悬挂在所述风力涡轮机塔架内部；
-室，该室包括外边界(102)，所述室将摩擦介质连接到所述钟摆结构(101、208)，优选地，所述摩擦介质是阻尼液体(112)，并且所述室的所述外边界(102)具有在所述外边界(102)的壁部分之间延伸的底部，所述室保持所述阻尼液体(112)，所述钟摆结构(101、208)至少部分地浸入该阻尼液体中；以及
-悬挂装置(103-111、206、207、306、307、308、309、406、407、408、409)，该悬挂装置用于将所述钟摆结构(101、208)悬挂在所述风力涡轮机塔架内部，使得允许所述钟摆结构(101、208)从中立位置朝向所述室的所述外边界(102)位移；以及
-在所述风力涡轮机塔架的组装、存储、运输和/或安装期间，设置冲击阻尼器，该冲击阻尼器包括：
-一个或多个冲击阻尼单元(113、114、115、200、300、400)，该一个或多个冲击阻尼单元定位在所述钟摆结构(101、208)与所述室的所述外边界(102)之间，使得所述室的所述外边界(102)和所述钟摆结构(101、208)能够经由所述冲击阻尼器而碰撞。
14.根据权利要求13所述的方法，该方法还包括以下步骤：当所述风力涡轮机塔架不再处于组装、存储、运输和/或安装期间时，拆卸所述冲击阻尼器。
15.调谐质量阻尼器作为冲击阻尼器在风力涡轮机塔架中的用途，该用途通过在钟摆结构(101、208)与内部设置所述钟摆结构(101、208)的室的外边界(102)之间设置冲击阻尼单元(113、114、115、200、300、400)来实现。
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