CN101571099A - 塔筒减振装置 - Google Patents

Abstract

一种塔筒减振装置，包括至少一竖直布置于塔筒内的减振单元，该减振单元包括第一行程放大装置、第二行程放大装置、第一挠性件、第二挠性件以及阻尼器，第一行程放大装置设置在塔筒的第一侧，第二行程放大装置设置在塔筒的第二侧，塔筒的第一侧和塔筒的第二侧相对，第一挠性件的第一端联接第一行程放大装置，且其第二端联接塔筒的第二侧，第二挠性件的第一端联接第二行程放大装置，且其第二端联接塔筒的第一侧，其中，第一行程放大装置和第二行程放大装置连通，阻尼器设置在二者连通的路径上。

Description

塔筒减振装置

技术领域

本发明涉及一种塔筒内减振装置，特别是涉及一种风力发动机的塔筒内的减振装置。

背景技术

如图1所示，风力发动机包括塔筒1、机舱2、叶轮3(叶片和轮毂)，机舱2设置在塔筒1的顶部，叶轮3可转动地设置在机舱2上。

风力发动机的塔筒的第一阶弯曲振动频率是人们十分关注的问题。例如，一个高为50m的塔筒，在一定的外力激励下，就会发生间隔几秒的前后摇摆。这种向前向后的摇摆对应的频率叫做塔筒的一阶弯曲频率。塔筒的一阶弯曲频率主要由塔筒的高度、塔筒的筒壁的内径和厚度以及机舱和转子的重量等决定。当塔筒的弯曲振动频率和叶轮的转动的频率接近时，就会对塔筒的弯曲振动起到放大作用。

叶片自身也有弹性，在一定的频率下也会发生振动。叶片的振动也会对塔筒的振动起到放大的作用。最糟的情况是，众多因素均对塔筒的振动起到增强的作用时，塔筒的振动幅度就会不断增大，当达到一定的幅度时，就会对塔筒和风力发动机的其他的部件造成破坏。

解决这种问题的一种方法是在设计的时候采取比如调整塔筒的刚度、减小机舱和叶轮的重量等措施。采取这些措施的时候还必须考虑到制造成本等问题。

2004年9月16日公告的公告号为DE-A10309825德国发明专利说明书公开了一种钢丝绳减振装置。该专利中提出用3根带有液压阻尼器的钢丝绳斜拉塔筒，钢丝绳两头分别联接到塔筒和地面，当塔筒发生一阶弯曲振动时，钢丝绳上的液压阻尼器就会起到抑制塔筒振动的效果，确保振动的幅度在合理的范围之内。但是这种结构要求钢丝绳自身要足够粗和长，同时要求钢丝绳联接于地面的一端要尽可能离塔筒远，这必然导致单个风力发动机占用空间的增大，同时钢丝绳地基的建设又会大幅度地增加成本。

2008年3月1号公告的公告号为WO2008/000265A1的丹麦发明专利说明书公开了一种带有主动式减振装置的风力发动机，其中的主动减振装置包括安装于机舱、叶轮和塔筒上的传感器、控制系统和执行机构。当传感器侦测到过大的振动信号时，控制系统就会向执行机构发出信号，使其工作，执行机构驱动钢丝绳，改变钢丝绳的拉力大小，从而改变塔筒的刚度，最终避开共振区，达到减振的目的。该发明中的钢丝绳是设置在塔筒内，这种安装方式决定了钢丝绳对塔筒刚度的影响有限，使得要真正避开共振区很困难；另外，主动减振系统还存在技术难度大，成本高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种塔筒减振装置，该塔筒减振装置的占用空间小，且控制方法简单。

为了实现所述目的，本发明的塔筒减振装置，其特点是，包括至少一竖直布置于塔筒内的减振单元，该减振单元包括第一行程放大装置、第二行程放大装置、第一挠性件、第二挠性件以及阻尼器，第一行程放大装置设置在塔筒的第一侧，第二行程放大装置设置在塔筒的第二侧，塔筒的第一侧和塔筒的第二侧相对，第一挠性件的第一端联接第一行程放大装置，且其第二端联接塔筒的第二侧，第二挠性件的第一端联接第二行程放大装置，且其第二端联接塔筒的第一侧，其中，第一行程放大装置和第二行程放大装置连通，阻尼器设置在二者连通的路径上。

本发明的塔筒减振装置的优点是，塔筒在发生一阶弯曲振动而拉动第一挠性件时，第一挠性件的张力增大，拉动第一行程放大装置，第一行程放大装置给阻尼器提供一拉力，此时，第二挠性件的张力减小，第二挠性件件处于松弛状态，从而，第二行程放大装置处于松弛状态，这样，在第一行程放大装置的拉动下和第二行程放大装置的退让下，第一行程放大装置放大第一挠性件的位移，阻尼器会阻止该位移，从而以例如摩擦做功的方式消耗塔筒的振动能量，从而抑制塔筒的振动，起到了减小塔筒弯曲振动的目的。反之，塔筒在发生一阶弯曲振动而拉动第二挠性件时，第二挠性件的张力增大，拉动第二行程放大装置，第二行程放大装置给阻尼器提供一拉力，此时，第一挠性件处于松弛状态，第一挠性件的张力减小，第一行程放大装置也处于松弛状态，这样，在第二行程放大装置拉动下和第一行程放大装置的退让下，阻尼器开始工作，消耗振动的能量，起到了减小弯曲振动的目的。只要各挠性件在塔筒静止的常态下处于足够的张紧状态，一旦塔筒因外载荷而发生一阶振动，塔筒减振装置立即做出反应，并通过阻尼器抑制塔筒的振动，该塔筒减振装置设置在塔筒内，无需额外的基地建设。

所述的塔筒减振装置，其进一步的特点是，在所述减振单元中，第一行程放大装置和第二行程放大装置分别设置在塔筒内的第一高度，第一挠性件的第二端和第二挠性件的第二端分别设置在塔筒内的第二高度。

所述的塔筒减振装置，其进一步的特点是，在所述减振单元中，第一高度是塔筒的中部或底部，第二高度是塔筒的顶部。

所述的塔筒减振装置，其进一步的特点是，在所述减振单元中，第一行程放大装置包括第一动滑轮组、第一定滑轮组和第三挠性件，第三挠性件的第一端与塔筒联接后，再依次缠绕第一动滑轮组和第一定滑轮组，第三挠性件的第二端与阻尼器联接；第二行程放大装置包括第二动滑轮组、第二定滑轮组和第四挠性件，第四挠性件的第一端与塔筒联接后，依次缠绕第二动滑轮组和第二定滑轮组，第四挠性件的第二端与阻尼器联接。

所述的塔筒减振装置，其进一步的特点是，所述的减振单元中，还包括收紧装置，第三挠性件与塔筒通过收紧装置联接，或者第四挠性件与塔筒通过收紧装置联接。

所述的塔筒减振装置，其进一步的特点是，所述的减振单元中，阻尼器为摩擦阻尼器，摩擦阻尼器包括支撑框架、调节装置、摩擦件和摩擦片，摩擦件设置于摩擦片之间，可相对于摩擦片滑动，摩擦件的一端与第三挠性的第二端联接且另一端与第四挠性件的第二端联接，调节装置分别联接摩擦片和支撑框架，用于调节摩擦片和摩擦件之间的摩擦力，支撑框架相对于塔筒固定设置。

所述的塔筒减振装置，其进一步的特点是，所述的减振单元中，阻尼器为粘滞阻尼器。

所述的塔筒减振装置，其进一步的特点是，在所述减振单元中，第一行程放大装置和第二行程放大装置为变截面的连通器结构。

所述的塔筒减振装置，其进一步的特点是，在所述减振单元中，阻尼器为内部设置有节流阀的连通器结构。

所述的塔筒减振装置，其进一步的特点是，第一行程放大装置或第二行程放大装置的放大倍数在10-50之间。

本发明的前述目的、技术方案和优点将在下面结合附图说明和具体实施方式进一步地描述。

附图说明

图1是一种常见的风力发动机的结构的示意图。

图2是本发明的第一实施例的塔筒减振装置的结构的示意图。

图3是本发明的第二实施例的塔筒减振装置的结构的示意图。

图4是本发明的第三实施例的塔筒减振装置的结构的示意图。

图5是本发明的第四实施例的塔筒减振装置的结构的示意图。

图6是本发明的任一实施例中的一种行程放大装置的结构的示意图。

图7是本发明的任一实施例中的另一种行程放大装置的结构的示意图。

图8是本发明的任一实施例中的另一种行程放大装置的结构的示意图。

图9是本发明的任一实施例中的一种阻尼器的结构的示意图。

图10是本发明的任一实施例中的另一种阻尼器的结构的示意图。

具体实施方式

下面将结合较佳的实施例对本发明进行详细的描述，应当注意的是，在后述的描述中，尽管所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是有些术语则是申请人按其判断来选择的，其详细含义应根据本发明欲揭示的精神来理解。

第一实施例

在本发明的第一实施例中，塔筒减振装置包括至少一个减振单元，如图2所示，该减振单元包括第一行程放大装置15、第二行程放大装置25、第一挠性件14、第二挠性件24以及阻尼器6。该塔筒减振装置是这样设置在如图1所示的塔筒1的内部的：沿塔筒1的至少一个垂直截面方向上设置一个减振单元。如图2所示的减振单元中，第一挠性件14的上端和第二挠性件24的上端在塔筒1的顶端与塔筒1联接，且第一挠性件14的上端和第二挠性件24的上端相对设置。第一挠性件14和第二挠性件24以交叉但是相互错开的方式布置。第一挠性件14的下端和第二挠性的24下端分别联接第一行程放大装置15和第二行程放大装置25。第一行程放大装置15和第二行程放大装置25设置在塔筒1的中部，且相对设置。第一行程放大装置15的第三挠性件34和第二行程放大装置25的第四挠性件44分别与阻尼器6联接。从而，阻尼器6处于第一行程放大装置15和第二行程放大装置25的连通路径上。第一行程放大装置15的放大倍数为M，第二行程放大装置25的放大倍数为N，M和N为正整数。第一挠性件14的位移会被第一行程放大装置15放大成第三挠性件34的M倍位移。第二挠性件24的位移会被第二行程放大装置25放大成第四挠性件44的N倍位移。M和N最好相等，且M和N最好是为10-50之间的整数。前述各挠性件可以是钢丝绳、金属带、钢带、玻璃纤维束、碳纤维束或高分子有机物纤维束等任意种能承受拉力的挠性件。阻尼器6主要是用在第三挠性件34和第四挠性件44移动时，通过例如摩擦的方式做功，以消耗各挠性件的动能，从而起到抑制塔筒振动的目的。

以下，结合图6、图7和图8对第一行程放大装置15和第二行程放大装置25的具体结构将进行举例说明，应注意到，本发明的行程放大装置并不限于此。

同时参照图2和图6，行程放大装置包括动滑轮组51、定滑轮组52和挠性件4，挠性件4对应前述的第三挠性件34或第四挠性件44，动滑轮组51或定滑轮组52是市售产品。挠性件4依次缠绕包覆动滑轮组51和定滑轮组52，其一端通过收紧装置7联接到塔筒上1，另一端联接在摩擦制动器6上，动滑轮组51用于与前述的第一挠性件14或第二挠性件24联接，定滑轮组52一般固定在塔筒1内部的法兰上，并且在后面叙述的第三实施例和第四实施例中，定滑轮组52也可以布置在塔筒1内的地基上。

工作时，第一挠性件14或者第二挠性件24拉动行程放大装置5中的动滑轮组51相对定滑轮组52运动，使得两者距离改变，由于挠性件4缠绕多圈于动滑轮组51和定滑轮组52上，挠性件4的位移是挠性件14或挠性件24的预定倍数，故具有行程放大的作用。

一般地，阻尼器6做功大小正比于挠性件4的行程，故本发明的行程放大装置有助于消耗更多的振动能量，并且另一方面，行程放大装置也有助于挠性件4受力得到改善，这有利于选用合适的挠性件4，也有利于挠性件4的收紧。通过发明人的研究，行程放大装置的放大倍数最好在10-50之间。

另一种行程放大装置还可以是杠杆结构，如图7所示，该行程放大装置包括杠杆5和挠性件4，杠杆5的远端联接挠性件4且杠杆5的近端联接前述的挠性件14或挠性件24，不用说，该行程放大装置依然具有前述的各种优点。

另一种行程放大装置还可以是变截面的连通器结构，如图8所示，该行程放大装置包括连通器8和挠性件4，连通器8的宽截面端联接前述的挠性件14或24，连通器的窄截面端联接挠性件4，也不用说，该行程放大装置依然具有前述的各种优点。

前面列举了三种行程放大装置，这些行程放大装置也适合后述实施例中的塔筒减振装置。

以下，结合图9和图10对阻尼器6的具体结构进行举例说明，应注意到，本发明的阻尼器并不受限于此，例如还可以是粘滞阻尼器。

同时参照图2和图9，阻尼器包括摩擦件61、摩擦片62、调节装置63和支撑框架64。调节装置63的一端联接在摩擦片62上，一端联接在支撑框架64上，摩擦片62的上下位置可调节，左右位置相对于支撑框架64固定，摩擦件61夹在摩擦片62之间，摩擦件61的两端分别和前述的第三挠性件34和第四挠性件44联接，在塔筒1弯曲振动时，第三挠性件34和第四挠性件44拉动摩擦件61来回地滑动，支撑框架64一般固定在塔筒1内的法兰上，当所述第一高度为塔筒1底端时，支撑框架64也可固定在地基上。摩擦调节装置63可以调节摩擦片62的上下位置，从而改变摩擦片62和摩擦件61之间的摩擦力，调节装置63可以是弹簧，液压缸等。

工作中，调节装置63将摩擦力设定到一定的大小，第三挠性件34和第四挠性件44拉动摩擦件61相对于摩擦片62滑动摩擦做功，消耗振动的能量，做功的大小和摩擦力的大小成正比，根据实际情况需要，设定摩擦力的大小，使得塔筒的振幅控制在合理的范围之内。此外，整个阻尼器6对塔筒振动能量的损耗还会随着一阶弯曲振动幅度的增大而增大。

如图10所示，阻尼器包括连通器9和节流阀60，前述第三挠性件34和第四挠性件44分别联接连通器9的两端。不用说，该阻尼器也具有前述的种种优点。

前述的阻尼器也适合后述实施例中的塔筒减振装置。

下面对本实施例的塔筒减振装置的工作原理进行说明。

塔筒1在发生一阶弯曲振动而拉动第一挠性件14时，第一挠性件14的张力增大，拉动第一行程放大装置15，第一行程放大装置15的第三挠性件34给阻尼器6提供一拉力，此时，第二挠性件24的张力减小，第二挠性件24件处于松弛状态，从而，第二行程放大装置25的第四挠性件44处于松弛状态，这样，在第一行程放大装置15的第三挠性件34的拉动下和第二行程放大装置25的退让下，第三挠性件34开始移动，且阻尼器6随着第三挠性件34的移动开始工作，以例如摩擦做功的方式消耗第三挠性件34传递来的塔筒1的振动能量，从而抑制塔筒1的振动，起到了减小塔筒弯曲振动的目的。反之，塔筒1在发生一阶弯曲振动而拉动第二挠性件24时，第二挠性件24的张力增大，拉动第二行程放大装置25，第二行程放大装置25的第四挠性件44给阻尼器6提供一拉力，此时，第一挠性件14处于松弛状态，第一挠性件14的张力减小，第一行程放大装置15的第三挠性件34也处于松弛状态，这样，在第二行程放大装置25的第四挠性件44的拉动下和第一行程放大装置15的第三挠性件34的退让下，阻尼器6开始工作，消耗振动的能量，起到了减小弯曲振动的目的。

在塔筒1处于静止的常态时，希望前述各挠性件处于拉紧的状态，以便灵敏地对塔筒1的弯曲振动做出反应，因此，最好是将第三挠性件34和第四挠性件44设置收紧装置，以调节各挠性件在塔筒的常态下的张紧力。

在第一实施例中，将第一行程放大装置15和第二行程放大装置25在塔筒1内的第一高度设定在塔筒1的中部，第一挠性件14和第二挠性件24的上端在塔筒1内的第二高度设定在塔筒1的顶部。采用这样的布置方式，第一挠性件14和第二挠性件24与水平方向的夹角较小。一方面，第一挠性件14和第二挠性件24的受力相对较小，方便挠性件的选用，也方便挠性件的收紧。另一方面，第一挠性件14和第二挠性件24的绝对行程相对较大，因此就可以选用放大倍数较小的行程放大装置。另外，该布置方式下，阻尼器6还可以较好地抑制塔筒1的二阶弯曲振动。

第二实施例

同时参照图1和3，第二实施例与第一实施例的塔筒减振装置的减振单元的不同之处主要有两个方面。一方面，将第一行程放大装置15、第二行程放大装置25以及阻尼器6在塔筒1内的第一高度设置在塔筒1的底部，而第一挠性件14和第二挠性件24的上端在塔筒1内的第二高度设置在塔筒1的顶部，这样第一行程放大装置15、第二行程放大装置25和阻尼器6既可以设置在塔筒1的内部法兰上，也可以安装在塔筒1内的地基上。另一方面，在塔筒1的内部设置两套减振单元(与图3中的减振单元相垂直布置的减振单元没有显示)，这两套减振单元分别布置在塔筒1的两个相互垂直的垂直截面上，且相互不干涉。

将第一高度设置在塔筒1的底部，第二高度设置在塔筒1的顶部，这更加方便行程放大装置15、行程放大装置25和阻尼器6的安装和维修；同时在两个相互垂直的垂直界面上布置这样的减振单元，可以控制塔筒1在多个方向的一阶弯曲振动。

第三实施例

同时参照图1和4，第三实施例与第一实施例不同的是，在一减振单元中，行程放大装置15和25设置在塔筒1的中部，而阻尼器6设置在塔筒1的底部。第一挠性件14和第二挠性件24的上端仍然联接到塔筒1的顶部。在这种布置方式下，需要在第三挠性件34和第四挠性件44的路径上分别设置导向轮400。

本实施例的塔筒减振装置同时具有前述实施例的塔筒减振装置的优点，例如将第一行程放大装置15和第二行程放大装置25的第一高度设置在塔筒1的底部，第一挠性件14和第二挠性件的上端的第二高度设置在塔筒1的顶部，第一挠性件14和第二挠性件24与水平方向的夹角较小，使得挠性件的选用方便，又因为阻尼器6设置在地基上，方便阻尼器6的安装和维修。

第四实施例

同时参照图1和图5，在前述实施例中，如果阻尼器6是通过摩擦做功的方式工作时，阻尼器对塔筒1的振动能量的消耗会受到塔筒1的内径的影响。本实施例与第三实施例不同的是，将阻尼器6设置在塔筒1的内壁上，这样阻尼器6的摩擦件的行程就不再受到限制了。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，例如，本发明的塔筒减振装置的应用并不局限于风力发动机的塔筒，任何熟悉本领域的一般技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可作出种种的等效的变化或替换。因此，本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种塔筒减振装置，其特征在于，包括至少一竖直布置于塔筒内的减振单元，该减振单元包括：

第一行程放大装置，设置在塔筒的第一侧；

第二行程放大装置，设置在塔筒的第二侧，塔筒的第一侧和塔筒的第二侧相对；

第一挠性件，其第一端联接第一行程放大装置，其第二端联接塔筒的第二侧；

第二挠性件，其第一端联接第二行程放大装置，其第二端联接塔筒的第一侧；

阻尼器；

其中，第一行程放大装置和第二行程放大装置连通，阻尼器设置在二者连通的路径上。

2.根据权利要求1所述的塔筒减振装置，其特征在于，在所述减振单元中，第一行程放大装置和第二行程放大装置分别设置在塔筒内的第一高度，第一挠性件的第二端和第二挠性件的第二端分别设置在塔筒内的第二高度。

3.根据权利要求2所述的塔筒减振装置，其特征在于，在所述减振单元中，第一高度是塔筒的中部或底部，第二高度是塔筒的顶部。

4.根据权利要求1所述的塔筒减振装置，其特征在于，在所述减振单元中，第一行程放大装置包括第一动滑轮组、第一定滑轮组和第三挠性件，第三挠性件的第一端与塔筒联接后，再依次缠绕第一动滑轮组和第一定滑轮组，第三挠性件的第二端与阻尼器联接；第二行程放大装置包括第二动滑轮组、第二定滑轮组和第四挠性件，第四挠性件的第一端与塔筒联接后，依次缠绕第二动滑轮组和第二定滑轮组，第四挠性件的第二端与阻尼器联接。

5.根据权利要求4所述的塔筒减振装置，其特征在于，所述的减振单元中，还包括收紧装置，第三挠性件与塔筒通过收紧装置联接，或者第四挠性件与塔筒通过收紧装置联接。

6.根据权利要求4所述的塔筒减振装置，其特征在于，所述的减振单元中，阻尼器为摩擦阻尼器，摩擦阻尼器包括支撑框架、调节装置、摩擦件和摩擦片，摩擦件设置于摩擦片之间，可相对于摩擦片滑动，摩擦件的一端与第三挠性件的第二端联接且另一端与第四挠性件的第二端联接，调节装置分别联接摩擦片和支撑框架，用于调节摩擦片和摩擦件之间的摩擦力，支撑框架相对于塔筒固定设置。

7、根据权利要求4所述的塔筒减振装置，其特征在于，所述的减振单元中，阻尼器为粘滞阻尼器。

8.根据权利要求1所述的塔筒减振装置，其特征在于，在所述减振单元中，第一行程放大装置和第二行程放大装置为变截面的连通器结构。

9.根据权利要求1所述的塔筒减振装置，其特征在于，在所述减振单元中，阻尼器为内部设置有节流阀的连通器结构。

10.根据权利要求1所述的塔筒内的摩擦阻尼减振装置，其特征在于，第一行程放大装置或第二行程放大装置的放大倍数在10-50之间。

Images