專利名稱：一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置及設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置及設(shè)計(jì)方法，屬于風(fēng)力發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行 配套技術(shù)范疇。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代高架設(shè)施日益增多，為了防止風(fēng)力、地震等外在因素引起的振動(dòng)和廣義共振 對(duì)高層設(shè)施的破壞，在多數(shù)有條件設(shè)置外部阻尼或加固條件的場(chǎng)合，都增加外設(shè)的拉索等 附件，常見從其高端各方向?qū)Υ蟮丶由闲崩睦?，如鋼鐵冶金、石油化工的高反應(yīng)塔以及 電力傳輸塔架或電桿等，都是通過外設(shè)的拉索等附件來增加他們的穩(wěn)定性的。然而，也有一 些設(shè)施卻不能外加上述減振裝置。如城市高層建筑物，特別是具有一定高度、又長(zhǎng)時(shí)間處于 有風(fēng)環(huán)境中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，更無法采用上述技術(shù)措施來解決穩(wěn)定問題。對(duì)風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)而言， 構(gòu)成其主要質(zhì)量的機(jī)艙總成由高聳的塔架獨(dú)立支撐在高空，不僅環(huán)境惡劣(特別選擇安裝 在強(qiáng)風(fēng)環(huán)境中以利發(fā)電)，呈現(xiàn)重心高、塔架剛度低、共振頻率低的特征，而且受到風(fēng)力發(fā)電 機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)葉輪的激振力的周而復(fù)始的直接作用；此外，由于高空葉輪的半徑略小于塔架高度， 葉輪又必須追蹤多變的風(fēng)向而可能朝向任意方向，根本不能采用在外部設(shè)置拉索之類的技 術(shù)措施獲得減振阻尼，因?yàn)樗厝环恋K葉輪安全。正是風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)處于上述技術(shù)條件及工作環(huán)境，以致時(shí)有塔架聯(lián)接螺栓松動(dòng)斷 裂、塔架倒塌等重大事故發(fā)生，造成每例上千萬元的損失，制約著人類為實(shí)現(xiàn)減排、低碳、環(huán) 保的能源戰(zhàn)略目標(biāo)而進(jìn)行風(fēng)能開發(fā)的進(jìn)展。為了降低高架設(shè)備特別是風(fēng)力發(fā)電機(jī)因風(fēng)而產(chǎn)生的塔架破壞性振動(dòng)，現(xiàn)有已公開 的技術(shù)解決方案如下其一，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的由多段圓形塔筒連接而成的塔架頂部，位于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的 機(jī)艙下方，放置數(shù)十噸的沙袋，力圖利用振動(dòng)時(shí)沙粒或沙袋相互運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦消耗振動(dòng) 能量、降低振動(dòng)。實(shí)際應(yīng)用表明效果很差，因?yàn)樗猩沉ｋS著塔頂同步運(yùn)動(dòng)而很少發(fā)生相 對(duì)運(yùn)動(dòng)。其二，把支撐風(fēng)力發(fā)電機(jī)的高層塔筒制成夾層，并在夾層之間注滿沙石，力圖利用 振動(dòng)時(shí)沙石相互運(yùn)動(dòng)的摩擦降低振動(dòng)。實(shí)際效果也很差，因?yàn)樗猩呈S著塔筒同步運(yùn)動(dòng) 而很少發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。以致使用了上述減振措施的塔架和裝備仍然時(shí)常發(fā)生重大運(yùn)行事故。此外，在全球屈指可數(shù)的某些特高層大樓中，在高空利用該建筑物中數(shù)層樓的高 度，在內(nèi)部安裝價(jià)值數(shù)千萬元的主動(dòng)控制阻尼器，通過測(cè)量風(fēng)向、風(fēng)力、大樓的震動(dòng)，通過 計(jì)算機(jī)計(jì)算，發(fā)出指令，控制液壓或氣壓裝置，相對(duì)大樓對(duì)所安裝的數(shù)百噸的重物作反向運(yùn) 動(dòng)，達(dá)到抗衡外力引起的振動(dòng)。該技術(shù)雖能使大樓的振動(dòng)降低約50%左右。但其造價(jià)和效 果均不能為風(fēng)力發(fā)電機(jī)領(lǐng)域所接受。在現(xiàn)有的高層塔架減振技術(shù)方案中提出在塔架高端吊掛一個(gè)等于塔架共振頻率 的、無(或僅有極小)阻尼的單擺也可以實(shí)現(xiàn)塔架載共振頻率上的減振。但單擺的振幅卻
4比未增加單擺時(shí)的塔架振幅更大，無法在空間有限的塔架內(nèi)部使用；而且由于塔架的共振 頻率隨著風(fēng)速的變化而產(chǎn)生變化，固定頻率的單擺卻無法跟蹤該頻率而失敗，更因?yàn)樵黾?同頻單擺后的系統(tǒng)降低了共振頻率而不容。根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)人對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)基本結(jié)構(gòu)及運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)的分析，風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行 中易受損的原因如下風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作特點(diǎn)有別于其它靜止的固定設(shè)備，它不僅有轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪，由于 葉輪具有機(jī)械結(jié)構(gòu)的或氣動(dòng)因素的不平衡量，在運(yùn)轉(zhuǎn)中將產(chǎn)生與轉(zhuǎn)軸方向垂直的不平衡 力，引起塔架系統(tǒng)發(fā)生橫向振動(dòng)。葉輪的工作轉(zhuǎn)速常選用8 20r/min，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速頻率 fj = 0. 1333 0. 3333Hz，但啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速頻率范圍是0 0. 1333Hz。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的 達(dá)到上百噸的質(zhì)量主要集中于塔架頂端的機(jī)艙中，而塔架多采用鋼制的薄壁塔筒，其橫向 剛度低，以致風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架系統(tǒng)的固有共振頻率fg很低；為了防止塔架系統(tǒng)與葉輪轉(zhuǎn)動(dòng) 頻率共振和降低造價(jià)，塔架的共振頻率往往設(shè)計(jì)為高于葉輪最高轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，即設(shè)計(jì)為fg = 0. 35 0. 5Hz。但因?yàn)樵撓到y(tǒng)的共振頻率低，特別是無法對(duì)大地設(shè)置外部的輔助阻尼，所 以其共振的Q值特別高，共振對(duì)于同頻振動(dòng)的增益或放大因子特別大，以致風(fēng)速的變化、陣 風(fēng)、臺(tái)風(fēng)都能激發(fā)塔架發(fā)生大幅度的、衰減很慢的、持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)的廣義共振(自由衰減振 動(dòng))。正是由于塔筒、塔筒各段之間的連接螺栓頻繁地受到廣義共振的強(qiáng)大交變應(yīng)力而發(fā)生 疲勞、拉伸、松動(dòng)、斷裂，降低了塔筒的橫向剛度，進(jìn)而降低塔架的共振頻率。一旦共振頻率 降低到葉輪轉(zhuǎn)頻范圍就發(fā)生共振，使已經(jīng)破損的上述零部件受到超常的巨大應(yīng)力而切斷、 撕裂和倒塌。為了提高塔架的安全指數(shù)，試圖增加塔架的壁厚以提高共振頻率是不現(xiàn)實(shí)的，因 為該結(jié)構(gòu)方式的阻尼仍然很低，仍然避免不了高Q值的廣義共振及其破壞作用。唯有增加 經(jīng)典的阻尼(但條件限制而不能實(shí)現(xiàn))或者能夠起到減振作用的減振裝置，方能從根本上 克服該隱患。因此迫切需求一種能夠克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)的新的塔架減振裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提出一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置及設(shè)計(jì)方法，在風(fēng)力發(fā)電 機(jī)等塔架接近頂部的高處，安裝一種不用檢測(cè)風(fēng)力、風(fēng)速、振動(dòng)的，不需計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備 的，不用消耗電力而能實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制的“自適應(yīng)減振裝置”，減小塔架振動(dòng)，保護(hù)設(shè)備的安 全；主要用于安裝在高架設(shè)備的塔架頂端內(nèi)部，解決諸多高架設(shè)備不能設(shè)置外部阻尼減振 的困難，通過吸收振動(dòng)、增加阻尼、消耗振動(dòng)功率，達(dá)到減小塔架振動(dòng)(特別是廣義共振)， 防止塔架破損、倒塌事故的目的。本發(fā)明所提出的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置及設(shè)計(jì)方法，其特征在于它包括 一個(gè)占風(fēng)力發(fā)電機(jī)高空機(jī)艙設(shè)備的“風(fēng)機(jī)質(zhì)量”的三十分之一至十分之一的減振塊，將減振 塊支撐或懸掛于塔架頂層相應(yīng)位置的支撐部件，安裝于塔架頂層實(shí)現(xiàn)減振塊阻尼運(yùn)動(dòng)并消 耗振動(dòng)能量的低剛度阻尼器，在塔架頂層用支撐部件支承連接減振塊，并同時(shí)通過連接在 塔架頂層的阻尼器構(gòu)成共振頻率低達(dá)0. 01 0. 1Hz的甚低頻諧振器式減振裝置。所述的支撐或懸掛減振塊的支撐部件，為連接塔架頂層上頂板與減振塊之間的鋼 絲繩。
5
所述的支撐或懸掛減振塊的支撐部件，為一端接在塔筒頂層的頂板和底板上、另 一端接在減振塊上的鋼絲繩；所述的鋼絲繩長(zhǎng)度均以保證減振塊不至于跌落到底板上或上 拋到頂板，也不至于橫向撞擊塔筒及塔筒中的其它原有結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)。所述的支撐或懸掛減振塊的支撐部件，為一端鉸接在塔筒頂層底板上，另一端鉸 接在減振塊上的拉桿，所述拉桿長(zhǎng)度均以保證減振塊不至于跌落到底板上或上拋到頂板， 也不至于橫向撞擊塔筒及塔筒中的其它原有結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)。所述的支撐或懸掛減振塊的支撐部件，為一端固定在底板上、另一端固定在減振 塊上的金屬橡膠彈簧，所述金屬橡膠彈簧為支撐部件與阻尼器的組合體。所述的支撐或懸掛減振塊的支撐部件，為一由支撐軸通過軸承偏心安裝于減振塊 下方、經(jīng)多個(gè)滾輪支撐在塔架頂層底板上的萬向滾動(dòng)裝置。所述萬向滾動(dòng)裝置下部的塔架頂層底板上設(shè)有限制滾輪滾動(dòng)區(qū)間的限位擋圈。所述的減振塊安裝到所述的平臺(tái)型支撐部件萬向滾動(dòng)裝置上，或?qū)⑺龅臏p振塊 與所述支撐部件萬向滾動(dòng)裝置制造為一個(gè)整體。一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置的設(shè)計(jì)方法，其特征還在于其中減振裝置的共振 頻率(fo)設(shè)計(jì)方法是減振裝置的共振頻率(fo)低于風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪的工作轉(zhuǎn)速頻率(fj) 和塔架的共振頻率(fg)；其中減振塊⑴的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足公式
)，M2-為減振塊(1)的質(zhì)量；K2-為阻尼器(3-1和3-2)的剛度；n2"為阻尼器(3-1和3-2)的阻尼系數(shù)。所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置的設(shè)計(jì)方法，其特征在于由于機(jī)械的阻尼 系數(shù)(n2)是一個(gè)很小的、接近于o的量，所述的共振頻率公式簡(jiǎn)化為 所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述的共振頻率 f0 = 0. 01 0. 1Hz。所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置的設(shè)計(jì)方法，其特征還在于為了充分降低 減振裝置的共振頻率(fo)到接近于或等于0，可以把阻尼器(3)的剛度設(shè)計(jì)為接近于或等 于 0，即f。= limK2 —。[(K2/M2)a5/(2Ji)] = 0。根據(jù)以上減振裝置和設(shè)計(jì)方法提出的這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置及設(shè)計(jì)方法， 在不用檢測(cè)傳感器、不用電子電路和計(jì)算機(jī)、不用消耗能源的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)于塔架高層支 承的風(fēng)機(jī)質(zhì)量及塔筒的減振，具有響應(yīng)速度因不依賴上述條件而更快捷、具有因環(huán)節(jié)簡(jiǎn)單 而更可靠、具有不依賴外部能源而更節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，廉價(jià)而可靠地解決了風(fēng)力發(fā)電機(jī)等高架 設(shè)備的塔架斷裂、松動(dòng)、倒塌事故的防治途徑。


圖1風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置示意圖；圖2原有風(fēng)機(jī)塔架系統(tǒng)的機(jī)械模型與電子等效模型；圖3增設(shè)阻尼裝置的機(jī)械模型與電子等效模型；圖4塔架共振頻率f 1 = 0. 5Hz、減振裝置共振頻率f2 = 0. 1Hz，共振增益Gl = G2=42. 04dB的測(cè)試圖；圖5共振頻率f2 = 0. 1Hz，共振增益G2 = 42. 04dB的低阻尼減振裝置無效果測(cè)試 圖；圖6增大減振裝置的阻尼到塔架阻尼的20倍，共振頻率和共振增益的測(cè)試圖；圖7原塔架系統(tǒng)受到脈沖風(fēng)力作用后的廣義共振時(shí)間長(zhǎng)達(dá)200秒鐘，減振裝置沒 有形成共振的測(cè)試圖；圖8增加阻尼后的減振裝置安裝到塔架頂部具有減振效果的測(cè)試圖；圖9安裝大阻尼減振裝置后塔架廣義共振時(shí)間從200秒減小到50秒的測(cè)試圖；圖10增加阻尼的減振裝置進(jìn)一步將剛度降低到0，則對(duì)0. 5Hz的塔架線振頻率響 應(yīng)降為-1.45dB的測(cè)試圖；圖11增加阻尼的無剛度減振裝置安裝到塔架頂部具有減振效果的測(cè)試圖；圖12安裝大阻尼無剛度減振裝置后塔架廣義共振時(shí)間從200秒減小到50秒的測(cè) 試圖；圖13為鋼絲繩支撐裝置示意圖；圖14為金屬橡膠彈簧支撐阻尼裝置示意圖；圖15為滾動(dòng)支撐裝置示意圖；圖中l(wèi)-減振塊2-1和2-2-支撐部件2-平臺(tái)支撐部件3_1和3_2_阻尼器 4_滾動(dòng)裝置5-檔圈6-金屬橡膠彈簧
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所介紹的風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置，它包括一個(gè)占風(fēng)力發(fā)電機(jī)高空機(jī)艙設(shè) 備的“風(fēng)機(jī)質(zhì)量”的三十分之一至十分之一的減振塊1，將減振塊1支撐或懸掛于塔架頂部 的支撐部件2-1和2-2，安裝于塔架頂層實(shí)現(xiàn)減振塊1阻尼運(yùn)動(dòng)、并消耗振動(dòng)能量的低剛度 的阻尼器3-1和3-2，在塔架頂層用支撐部件2-1和2-2支承連接減振塊1，并同時(shí)通過連 接在塔架頂層的阻尼器3-1和3-2構(gòu)成共振頻率低達(dá)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪啟動(dòng)過渡過程轉(zhuǎn)速為 0. 6 6r/min時(shí)對(duì)應(yīng)的0. 01 0. 1Hz的甚低頻諧振器式減振裝置，如如附圖1所示。為了進(jìn)一步說明該減振裝置的工作原理，根據(jù)符合自然規(guī)律的機(jī)械結(jié)構(gòu)_電子電 路的等效類比方法，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置的上述設(shè)計(jì)進(jìn)行類比仿真分析于下。機(jī)械的剛度K，類比于電子電路元件的電感L之倒數(shù)1/L;機(jī)械的質(zhì)量M，類比于電 子電路元件的電容C;機(jī)械的阻尼n類比于電子電路元件的電阻R。設(shè)塔架剛度為&，類比的電感為k ；設(shè)風(fēng)機(jī)質(zhì)量為禮，類比的電容為(^ ；設(shè)機(jī)械的 阻尼為I，類比的電阻為隊(duì)。機(jī)械的共振頻率為A = (K/M)°_5/(2 Ji )。(略去對(duì)共振頻率影響很小的阻尼一 項(xiàng))電子電路的共振頻率為= (1/L/C)° 7(2 Ji)。(略去對(duì)共振頻率影響很小的電 阻一項(xiàng))于是塔架的原有共振系統(tǒng)有圖2的等效類比模型。設(shè)阻尼裝置剛度為K2，類比的電感為L(zhǎng)2;設(shè)阻尼(減振塊)質(zhì)量為M2 =1^/10，類 比的電容為c2 = (Vio;設(shè)阻尼器的阻尼為n2，類比的電阻為R2。于是所增設(shè)的減振裝置 共振系統(tǒng)有圖3的等效類比模型。
7
設(shè)原有塔架系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)振動(dòng)共振頻率& = 0.5Hz，減振裝置的共振頻率f2 = 0. 1Hz，在相應(yīng)低阻尼條件下，它們的共振增益均為h = G2 = 42. 04dB，如附圖4。把該減振裝置安裝到塔架頂部，則風(fēng)機(jī)振動(dòng)的共振頻率不變，而共振增益僅僅降 低到41.83dB，減小0.21dB?？梢姷妥枘岬臏p振裝置沒有減振效果。如附圖5。將減振裝置的阻尼增大1000倍，為原塔架系統(tǒng)阻尼的1/20，即R2 = R/10，設(shè)原有 塔架系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)振動(dòng)共振頻率& = 0. 5Hz，共振增益均& = 42. 04dB，減振裝置的共振頻率 f2 = 0. 1Hz，共振增益62 = OdB，對(duì)于0. 5Hz的增益為-1. 34dB，如附圖6。原有塔架系統(tǒng)受 到脈沖風(fēng)力作用后的廣義共振時(shí)間長(zhǎng)達(dá)200秒鐘，減振裝置沒有形成共振。如附圖7。把增加阻尼后的減振裝置安裝到塔架頂部，風(fēng)機(jī)振動(dòng)的共振頻率不變，而共振增 益則從42.04dB降低到20.03dB，減小了 16dB?？梢姼咦枘岬臏p振裝置具有減振效果。如 附圖8。同時(shí)，風(fēng)機(jī)振動(dòng)的廣義共振時(shí)間從原有的200秒減小到50秒，如附圖9。大幅度地 降低了塔架的疲勞循環(huán)數(shù)和幅度，有利于提高塔架的疲勞壽命和安全指數(shù)。將減振裝置的阻尼增大1000倍，為原塔架系統(tǒng)阻尼的1/20，并將其剛度下降到 0 (即撤銷電感L2)，設(shè)原有塔架系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)振動(dòng)共振頻率f\ = 0. 5Hz，共振增益均& = 42. 04dB，減振裝置的共振頻率f2 = 0Hz，共振增益62 = OdB，對(duì)于0. 5Hz的增益為-1. 45dB， 如附圖10。把增加阻尼并將剛度降低到0后的減振裝置安裝到塔架頂部，風(fēng)機(jī)振動(dòng)的共振頻 率不變，而共振增益則從42. 04dB降低到21. 69dB，減小了 15. 83dB?？梢姼咦枘帷o剛度 的減振裝置具有減振效果。如附圖11。同時(shí)，風(fēng)機(jī)振動(dòng)的廣義共振時(shí)間從原有的200秒減 小到50秒，如圖12。實(shí)施例1 一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置，其共振頻率&設(shè)計(jì)方法是低于風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪的 工作轉(zhuǎn)速頻率。和塔架的共振頻率fg ；風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉輪工作轉(zhuǎn)速范圍通常為~ = 8 20r/min，工作轉(zhuǎn)速頻率fj = 0. 1333 0. 3333Hz，塔架的共振頻率通常設(shè)計(jì)為fg = 0. 35 0. 5Hz，為了實(shí)現(xiàn)減振裝置的共振頻率低于f」、fg，例如fQ = 0. 01 0. 1Hz，而使得減振塊 的質(zhì)量M2、阻尼器的剛度1(2和阻尼n2與共振頻率f。之間符合f。= (K2/M2)0-5 (i-n22)/ (2^0。由于機(jī)械的阻尼系數(shù)n2是一個(gè)很小的、接近于o的量，所以上式可以簡(jiǎn)化為& = (K2/M2)0-5 . (l-n22)/(2n) ^ (K2/M2)°_5/(2^0。減振塊1可以用鋼鐵制造，為了降低成本，也可以在一個(gè)鋼制箱體內(nèi)部澆灌混凝 土或沙石。由于減振塊1所需的活動(dòng)空間有限，更由于不宜在塔架頂部增加太大的質(zhì)量，因 此需要限制減振塊1的質(zhì)量M2 ；因此而可能引起的減振裝置的共振頻率上升，則可以用降 低阻尼器3-1和3-2對(duì)減振塊1的剛度K2實(shí)現(xiàn)，例如使用在塔筒和減振塊四周連接的、拉伸 長(zhǎng)度足夠大的、柔性良好的橡筋拉簧，它具有很低的拉伸剛度K2 ；也可以使用在活塞上開有 軸向小孔的、充有氣體或油的減振氣缸或油缸以鉸鏈連接的方式，連接于塔筒和減振塊四 周，該減振氣或油缸的缸體和活塞桿分別通過鉸鏈接于塔筒頂層和減振塊1，當(dāng)減振塊1運(yùn) 動(dòng)時(shí)，缸體內(nèi)部的流體通過活塞的小孔流動(dòng)，產(chǎn)生對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻尼和發(fā)熱耗能，卻又可以在活 塞桿的長(zhǎng)度范圍內(nèi)任意停留而沒有彈性，及其剛度K2接近于零。橡筋和減振(氣或油)缸 可以是現(xiàn)有產(chǎn)品。
8
實(shí)施例2 在實(shí)際應(yīng)用中，這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置，由于必須限制減振塊1的活動(dòng)范 圍，不至于在運(yùn)動(dòng)中撞擊塔筒；由于需要保護(hù)阻尼器3-1和3-2，不應(yīng)使之承受減振塊1的 重量，因此必須有承載減振塊1的支撐部件2-1和2-2。符合上述要求的支撐部件2-1和 2-2，可以用一端接在塔筒頂層的頂板和底板上、一端接在減振塊1上的鋼絲繩，該支撐部 件選用的鋼絲繩長(zhǎng)度均應(yīng)以保證減振塊1不至于跌伏到底板上或上拋到頂板，并在所述減 振塊1與塔筒內(nèi)壁或者塔架頂層頂板、塔架頂層底板之間安置阻尼器3-1、3-21，通過阻尼 器的作用，保證不至于橫向撞擊塔筒及塔筒中的其它原有結(jié)構(gòu)。如圖13。實(shí)施例3 在實(shí)際應(yīng)用中，這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置，其支撐部件2-2還可以用一端固 定在頂層底板上另一端固定在減振塊1下方的、橫向剛度甚低的、阻尼甚大的、能夠限制偏 斜程度的金屬橡膠彈簧6，該金屬橡膠彈簧6可由一支撐部件與一阻尼器結(jié)合成一體構(gòu)成。 如附圖14。實(shí)施例4 在實(shí)際應(yīng)用中，這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置，其支撐部件還可以用一種能在頂 層底板上向各方向自由滾動(dòng)的平臺(tái)型滾動(dòng)裝置4以及與安裝在底板上對(duì)該平臺(tái)型滾動(dòng)裝 置4起限位的檔圈5組成，將減振塊1通過連接件安裝到滾動(dòng)裝置4上，如附圖15那樣的組 合結(jié)構(gòu)，甚至也可以將減振塊直接與平臺(tái)型滾動(dòng)裝置設(shè)置成一體的結(jié)構(gòu)形式。所述的滾動(dòng) 裝置為一由支撐軸通過軸承偏心安裝于減振塊下方、經(jīng)多個(gè)滾輪支撐在塔架頂層底板上的 萬向滾動(dòng)裝置。其下部的滾動(dòng)機(jī)構(gòu)由于受到設(shè)置在塔架頂層地板上的限位擋圈5的限制， 因此只能在設(shè)定的區(qū)間內(nèi)位移、滾動(dòng)，不會(huì)對(duì)塔架內(nèi)壁形成沖擊性接觸和碰撞。
9
權(quán)利要求
一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置，其特征在于它包括一個(gè)占風(fēng)力發(fā)電機(jī)高空機(jī)艙設(shè)備的“風(fēng)機(jī)質(zhì)量”的三十分之一至十分之一的減振塊(1)，將減振塊(1)支撐或懸掛于塔架頂層相應(yīng)位置的支撐部件，安裝于塔架頂層實(shí)現(xiàn)減振塊(1)阻尼運(yùn)動(dòng)并消耗振動(dòng)能量的低剛度阻尼器(3-1、3-2)，在塔架頂層用支撐部件支承連接減振塊(1)，并同時(shí)通過連接在塔架頂層的阻尼器(3-1、3-2)構(gòu)成共振頻率低達(dá)0.01~0.1Hz的甚低頻諧振器式減振裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置，其特征在于所述的支撐或懸 掛減振塊(1)的支撐部件，是連接塔架頂層上頂板與減振塊(1)之間的鋼絲繩。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置，其特征在于所述的支撐或懸 掛減振塊(1)的支撐部件為一端接在塔筒頂層的頂板和底板上、另一端接在減振塊(1)上 的鋼絲繩；所述的鋼絲繩長(zhǎng)度均以保證減振塊(1)不至于跌落到底板上或上拋到頂板，也 不至于橫向撞擊塔筒及塔筒中的其它原有結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置，其特征在于所述的支撐或懸 掛減振塊(1)的支撐部件為一端鉸接在塔筒頂層底板上，另一端鉸接在減振塊(1)上的拉 桿，所述拉桿長(zhǎng)度均以保證減振塊(1)不至于跌落到底板上或上拋到頂板，也不至于橫向 撞擊塔筒及塔筒中的其它原有結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置，其特征在于所述的支撐或懸 掛減振塊(1)的支撐部件為一端固定在底板上、另一端固定在減振塊(1)上的金屬橡膠彈 簧(6)，所述金屬橡膠彈簧(6)為支撐部件與阻尼器(3-2)的組合體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置，其特征在于所述的支撐或懸 掛減振塊(1)的支撐部件為一由支撐軸通過軸承偏心安裝于減振塊(1)下方、經(jīng)多個(gè)滾輪 支撐在塔架頂層底板上的萬向滾動(dòng)裝置(4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置，其特征在于所述萬向滾動(dòng)裝 置(4)下部的塔架頂層底板上設(shè)有限制滾輪滾動(dòng)區(qū)間的限位擋圈(5)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置，其特征在于所述的減振塊(1) 安裝到所述的平臺(tái)支撐部件萬向滾動(dòng)裝置(4)上，或?qū)⑺龅臏p振塊(1)與所述支撐部件 萬向滾動(dòng)裝置(4)制造為一個(gè)整體。
9.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置的設(shè)計(jì)方法，其特征還在于其中減振裝置的共振頻 率(fo)設(shè)計(jì)方法是減振裝置的共振頻率(fo)低于風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪的工作轉(zhuǎn)速頻率(fj)和 塔架的共振頻率(fg)；其中減振塊⑴的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足公式fQ= (K2/M2)0-5 . (l-n22)/(2n),M2-為減振塊(1)的質(zhì)量；K2-為阻尼器(3-1和3-2)的剛度；n2-為阻尼器(3-1和3-2)的阻尼系數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置的設(shè)計(jì)方法，其特征在于由 于機(jī)械的阻尼系數(shù)(n2)是一個(gè)很小的、接近于o的量，所述的共振頻率公式簡(jiǎn)化為 f0 ^ (K2/M2)°_7(2ji)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置的設(shè)計(jì)方法，其特征在 于所述的共振頻率& = 0. 01 0. 1Hz。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置的設(shè)計(jì)方法，其特征還在于為了充分降低減振裝置的共振頻率(fo)到接近于或等于0，可以把阻尼器(3)的剛度設(shè)計(jì)為 接近于或等于 0，即
全文摘要
一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架減振裝置及其裝置的設(shè)計(jì)方法，其特征在于它包括一個(gè)占風(fēng)力發(fā)電機(jī)高空機(jī)艙設(shè)備的“風(fēng)機(jī)質(zhì)量”的三十分之一至十分之一的減振塊，將減振塊支撐或懸掛于塔架頂層相應(yīng)位置的支撐部件，安裝于塔架頂層實(shí)現(xiàn)減振塊阻尼運(yùn)動(dòng)并消耗振動(dòng)能量的低剛度阻尼器，在塔架頂層用支撐部件支承連接減振塊，并同時(shí)通過連接在塔架頂層的阻尼器構(gòu)成共振頻率低達(dá)0.01～0.1Hz的甚低頻諧振器式減振裝置。在不用檢測(cè)傳感器、不用電子電路和計(jì)算機(jī)、不用消耗能源的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)于塔架高層支承的風(fēng)機(jī)質(zhì)量及塔筒的減振，具有響應(yīng)速度因不依賴上述條件而更快捷、具有因環(huán)節(jié)簡(jiǎn)單而更可靠、具有不依賴外部能源而更節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，廉價(jià)而可靠地解決了風(fēng)力發(fā)電機(jī)等高架設(shè)備的塔架斷裂、松動(dòng)、倒塌事故的防治途徑。
文檔編號(hào)F03D11/00GK101852188SQ20101020208
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月17日
發(fā)明者唐德堯, 施文欽, 曹飛, 曾承志, 李合林 申請(qǐng)人:唐德堯