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CN111219296B - 一种适用于抑制风力机塔筒涡激振动的装置 - Google Patents

一种适用于抑制风力机塔筒涡激振动的装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于抑制风力机塔筒涡激振动的装置，包括设置在方形外壳内的方形载框，方形载框内设置有质量块，方形载框的一对外侧壁与方形外壳的一对内侧壁之间经两锥形弹簧相连，锥形弹簧的两端分别固定连接在方形载框的外侧壁和方形外壳的内侧壁上，位于锥形弹簧内部还设置有连接方形载框外侧壁和方形外壳内侧壁的阻尼器；方形载框的另一对外侧壁与方形外壳的另一对内侧壁之间经线性弹簧相连，线性弹簧的两端分别经销轴铰接在方形载框的另一对外侧壁、方形外壳的另一对内侧壁上，本发明能够有效抑制和减弱风力机塔筒的涡激振动，为风力机大型化发展提供可靠保障。

Description

一种适用于抑制风力机塔筒涡激振动的装置
技术领域
本发明涉及一种风力机塔筒，特别涉及一种振动抑制装置。
背景技术
随着风力发电技术的不断发展，大型风力机越发常见。但是随着风力不断大型化，高耸的塔筒会吸收风中携带的能量，导致涡激振动的发生，从而造成塔筒失效，造成重大的经济损失。目前主要通过安装一些扰流装置达到破坏旋涡结构或者改变涡脱模式来减弱风力机塔筒的涡激振动。然而，安装了扰流装置后，塔筒受到的阻力将大大增加，此外扰流装置还会引起其它形式的振动。尽管增加扰流装置有着诸多缺点，但是改变塔筒截面的形状能够有效抑制涡激振动的产生，目前，国内外常用的扰流装置有：控制柱、螺旋列板和整流罩。
目前国内大型风电企业，例如上海电气、东方电气都在试图采用涡流发生器来抑制风力机塔筒的涡激振动，但涡流发生器都只能抑制低风速段的柔塔一阶涡振，而无法抑制对于强风、大风情况下激发的柔塔二阶涡振动。此外，在风力机塔筒中安装阻尼器来减小结构振动的控制方法也获得了广大学者的认可。阻尼器能够将其自振频率调谐到主体结构的基频附近，以此来吸收主体结构的振动能量，进而通过阻尼单元将其消耗。
由于风力机的叶片在周期性的旋转，风力机的质量分布也在不断改变，因此风力机的固有频率也会发生变化，此外，风激发风力机塔筒一阶、二阶涡激振动对应的频率也难以确定。因此，要想有效抑制风力机塔筒的涡激振动，抑制机构必须具有宽频吸振的能力。本装置是针对风力机塔筒涡激振动的特性，具有质量轻，吸振频带宽的优点，能够有效抑制和减弱风力机塔筒的涡激振动。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于抑制风力机塔筒涡激振动的装置，能够有效抑制和减弱风力机塔筒的涡激振动，为风力机大型化发展提供可靠保障。
本发明的目的是这样实现的：一种适用于抑制风力机塔筒涡激振动的装置，包括设置在方形外壳内的方形载框，所述方形载框内设置有质量块，所述方形载框的一对外侧壁与方形外壳的一对内侧壁之间经两锥形弹簧相连，所述锥形弹簧的两端分别固定连接在方形载框的外侧壁和方形外壳的内侧壁上，位于锥形弹簧内部还设置有连接方形载框外侧壁和方形外壳内侧壁的阻尼器；所述方形载框的另一对外侧壁与方形外壳的另一对内侧壁之间经线性弹簧相连，所述线性弹簧的两端分别经销轴铰接在方形载框的另一对外侧壁、方形外壳的另一对内侧壁上。
作为本发明的进一步限定，所述方形载框的底部固定连接有直线轴承，所述直线轴承可滑动的设置在导轨上，所述导轨固定在方形外壳的底面上，所述直线轴承的运动方向与锥形弹簧的轴向相同。
作为本发明的进一步限定，所述方形外壳的内侧壁上固定有大托盘，所述锥形弹簧直径大的一端连接在所述大托盘上，所述方形载框的外侧壁上固定有小托盘，所述锥形弹簧直径小的一端连接在所述小托盘上，所述大托盘和小托盘均成对设置。
作为本发明的进一步限定，所述方形外壳的内壁、方形载框的外壁上设置有与线性弹簧配合的铰座，所述线性弹簧的两端经销轴铰接在铰座上。
作为本发明的进一步限定，所述线性弹簧的两端固定在连接部件内，所述连接部件经销轴铰接在铰座内。
本发明的工作机理：本发明安装在风力机塔筒中间位置的旋转平台上，当外部来流方向发生变化时，通过控制机构调节旋转平台，使得该装置中锥形弹簧与来流方向垂直，并根据不同的风速调节振子的质量，当外部来流激发风力机塔筒涡激振动时，该装置会将塔筒振动的能量传递到振子上，并通过阻尼器进行消耗，能够有效抑制风力机塔筒的涡激振动。
本发明的有益效果是：本发明装置具有质量轻、吸振频带宽的优点，由于风力机的工作特性，风力机的固有频率也在不断变化，风激发风力机塔筒一阶、二阶涡激振动的频率也难以确定，因此要想抑制风力机塔筒的涡激振动，抑制装置的吸振频带的范围必须足够大；本发明中的非线性弹簧组具有立方非线性，吸振的频带范围宽，振子的质量可以改变，大大增加了吸振范围，能够有效抑制多种风速下风力机塔筒的涡激振动。
附图说明
图1为本发明俯视结构示意图。
图2为本发明无外壳主视结构示意图。
图3为本发明安装在风力机塔筒内俯视图。
图4为本发明安装在风力机塔筒内正视图。
其中，1外壳，2大托盘，3锥形弹簧，4阻尼器，5小托盘，6载框，7质量块，8销轴，9连接部件，10线性弹簧，11导轨，12直线轴承。
具体实施方式
如图1-4所示的一种适用于抑制风力机塔筒涡激振动的装置，包括设置在方形外壳1内的方形载框6，方形载框6内设置有质量块7，方形载框6的一对外侧壁与方形外壳1的一对内侧壁之间经两锥形弹簧3相连，锥形弹簧3的两端分别固定连接在方形载框6的外侧壁和方形外壳1的内侧壁上方形外壳1的内侧壁上固定有大托盘2，锥形弹簧3直径大的一端连接在大托盘2上，方形载框6的外侧壁上固定有小托盘5，锥形弹簧3直径小的一端连接在小托盘5上，大托盘2和小托盘5均成对设置，位于锥形弹簧3内部还设置有连接方形载框6外侧壁和方形外壳1内侧壁的阻尼器4；方形载框6的另一对外侧壁与方形外壳1的另一对内侧壁之间经线性弹簧10相连，线性弹簧10的两端分别经销轴8铰接在方形载框6的另一对外侧壁、方形外壳1的另一对内侧壁上，方形外壳1的内壁、方形载框6的外壁上设置有与线性弹簧10配合的铰座，线性弹簧10的两端经销轴8铰接在铰座上，线性弹簧10的两端固定在连接部件9内，连接部件9经销轴8铰接在铰座内，方形载框6的底部固定连接有直线轴承12，直线轴承12可滑动的设置在导轨11上，导轨11固定在方形外壳1的底面上，直线轴承12的运动方向与锥形弹簧3的轴向相同，导轨11的作用是为了减少载框6收到的摩擦力。
本发明安装在风力机塔筒中间位置的旋转平台上，当外部来流方向发生变化时，通过控制机构调节旋转平台，使得该装置中锥形弹簧3与来流方向垂直，并根据不同的风速调节振子的质量，当外部来流激发风力机塔筒涡激振动时，该装置会将塔筒振动的能量传递到振子上，并通过阻尼器4进行消耗，能够有效抑制风力机塔筒的涡激振动。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种适用于抑制风力机塔筒涡激振动的装置，其特征在于，包括设置在方形外壳内的方形载框，所述方形载框内设置有质量块，所述方形载框的一对外侧壁与方形外壳的一对内侧壁之间经两锥形弹簧相连，所述锥形弹簧的两端分别固定连接在方形载框的外侧壁和方形外壳的内侧壁上，位于锥形弹簧内部还设置有连接方形载框外侧壁和方形外壳内侧壁的阻尼器；所述方形载框的另一对外侧壁与方形外壳的另一对内侧壁之间经线性弹簧相连，所述线性弹簧的两端分别经销轴铰接在方形载框的另一对外侧壁、方形外壳的另一对内侧壁上。
2.根据权利要求1所述的一种适用于抑制风力机塔筒涡激振动的装置，其特征在于，所述方形载框的底部固定连接有直线轴承，所述直线轴承可滑动的设置在导轨上，所述导轨固定在方形外壳的底面上，所述直线轴承的运动方向与锥形弹簧的轴向相同。
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于抑制风力机塔筒涡激振动的装置，其特征在于，所述方形外壳的内侧壁上固定有大托盘，所述锥形弹簧直径大的一端连接在所述大托盘上，所述方形载框的外侧壁上固定有小托盘，所述锥形弹簧直径小的一端连接在所述小托盘上，所述大托盘和小托盘均成对设置。
4.根据权利要求1或2所述的一种适用于抑制风力机塔筒涡激振动的装置，其特征在于，所述方形外壳的内壁、方形载框的外壁上设置有与线性弹簧配合的铰座，所述线性弹簧的两端经销轴铰接在铰座上。
5.根据权利要求4所述的一种适用于抑制风力机塔筒涡激振动的装置，其特征在于，所述线性弹簧的两端固定在连接部件内，所述连接部件经销轴铰接在铰座内。
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