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CN105443634A - 一种具有调谐、碰撞双重作用的盆式颗粒减振器 - Google Patents

一种具有调谐、碰撞双重作用的盆式颗粒减振器 Download PDF

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CN105443634A
CN105443634A CN201610035595.3A CN201610035595A CN105443634A CN 105443634 A CN105443634 A CN 105443634A CN 201610035595 A CN201610035595 A CN 201610035595A CN 105443634 A CN105443634 A CN 105443634A
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China
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vibration
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liquid
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CN201610035595.3A
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冯又全
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Shanghai Fengchang Civil Engineering Technology Co Ltd
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Shanghai Fengchang Civil Engineering Technology Co Ltd
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
    • F16F7/01—Vibration-dampers; Shock-absorbers using friction between loose particles, e.g. sand
    • F16F7/015—Vibration-dampers; Shock-absorbers using friction between loose particles, e.g. sand the particles being spherical, cylindrical or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
    • F16F7/10—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种具有调谐、碰撞双重作用的盆式颗粒减振器，包括容器、钢球和液体，容器由底面和侧面组成，其内布置有钢球和液体；容器底部固定于工程结构上，底面采用单一曲率球面或多曲率复杂曲面；其曲面曲率和钢球半径根据工程需要设计，可使钢球在容器内振动频率、液体在容器内振荡频率与工程结构振动基频吻合，以达到调谐的效果；容器随工程结构振动，钢球和液体受惯性作用与工程结构运动相反，产生与工程结构运动方向正好相反的惯性力，当采用多组盆式颗粒减振器时，所述容器自上而下依次堆叠，本发明所述装置无方向限制，风机塔架受外界激励振动表现为360°多方向性，受曲面底面影响钢球滚动和液体振荡也表现为360°多方向性，可随塔架振动随时改变方向。

Description

一种具有调谐、碰撞双重作用的盆式颗粒减振器
技术领域
本发明属于结构工程振动控制技术领域，具体涉及一种具有调谐、碰撞双重作用的盆式颗粒减振器。
背景技术
人类对传统化石能源的大量消耗使得能源和环境问题日益凸显，风力发电是解决该问题的有效措施之一。为获得更大的电力生产能力，风电机组轮毂高度不断增加，并向风能资源丰富的海上发展。风电机组轮毂高度的增加使得塔架振动问题越来越突出，而海上风电机组塔架在风、浪、流以及冰振等多重动力作用耦合作用下，振动问题更加严峻。塔架振动引起塔架、机舱结构及其连接部件产生疲劳作用，并影响风机运行质量、降低结构和设备的使用寿命。若通过加大构件截面尺寸或提高材料的强度等级等来增加结构的抗力，则很不经济。调谐质量阻尼器（TMD）对减小高耸结构风振响应的有效性已经被很多学者验证，但是由于大型风电机组的一阶模态质量一般高达数百吨，TMD系统的质量达到一阶模态质量的2%以上时才会取得比较显著的减振效率，且存在减振频宽窄、质量块运动幅度大、加重工程结构负担等缺点。由此可见，TMD系统的质量及所需安装空间较大，而风机塔筒内设有电缆、安全绳索、爬梯、平台等配件，机舱内有齿轮箱、发电机、刹车装置等设备，轮毂转动、叶片变桨距、机舱偏航、风浪耦合等因素使得塔架具有较大的谐振带宽，普遍用于民用高耸结构的TMD减振装置在风电机组塔架上并不具有安装可行性和理想的减振效率。
颗粒阻尼技术作为一种新型的耗能减振控制技术，具有对原结构体系影响小、附加质量小、减振频带宽、多维控制能力好等优点。工程结构振动时，引起阻尼颗粒起振后，通过阻尼颗粒之间、颗粒与容器之间的碰撞、摩擦以达到耗能减振的效果。然而已有的颗粒阻尼器颗粒多层堆叠，限制了颗粒多方向滚动或滑动、摩擦和碰撞的几率，未能最大程度发挥颗粒阻尼器的效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有调谐、碰撞双重作用的盆式颗粒减振器。
本发明所提出的盆式调谐、碰撞颗粒减振器可以安装在风电塔的机舱顶部、内部或塔顶内平台上。
本发明提出的具有调谐、碰撞双重作用的盆式颗粒减振器，由容器1、钢球2、液体3、盖板4和连接螺栓5组成，其中：所述容器1为圆柱体结构，由底面6和侧壁7连成一体，容器1顶部外围设有一圈上法兰盘9，底部外围设有一圈下法兰盘8，所述下法兰盘8和上法兰盘9与容器１连成一体，下法兰盘8和上法兰盘9的圆周上均布有若干个螺栓孔10；容器1内布置有若干个钢球2和液体3；容器１顶部盖有盖板4，所述盖板４与上法兰盘９通过连接螺栓5连接；所述容器１底部固定于工程结构11上，下法兰盘8通过连接螺栓固定于工程结构11上；所述底面6采用单一曲率球面或多曲率复杂曲面，为盆形；其曲面曲率和钢球2半径根据工程需要设计，可使钢球2在容器1内振动频率、液体3在容器１内振荡频率与工程结构11振动基频吻合，以达到调谐的效果；容器1随工程结构11振动，钢球2和液体3受惯性作用与工程结构11运动相反，产生与工程结构11运动方向正好相反的惯性力，若干个钢球2之间发生相互摩擦与碰撞，钢球2与容器的侧壁7发生摩擦与碰撞，在惯性力、摩擦与碰撞共同作用下形成对工程结构11减振和耗能的效果。
本发明中，当采用多组盆式颗粒减振器时，所述容器１自上而下依次堆叠，连接螺栓5依次穿过位于上方的容器的下法兰盘8和与之相邻的位于下方的容器的上法兰盘9，使相邻的两个容器1相互连接，依次类推，使多个容器连为整体；位于顶层的容器1顶部通过盖板4封顶，所述盖板４通过连接螺栓5与位于顶层的容器1上的上法兰盘9连接；所述位于底层的容器１的底部固定于工程结构11上，下法兰盘8通过连接螺栓固定于工程结构11上。
本发明中，单个容器1为扁平圆柱状，采用轻质高强材料一体成形，下法兰盘8、上法兰盘9对侧壁起到加强作用，底面6为单一曲率球面或多曲率复杂曲面，貌似盆形。其减振效果由钢球2的调谐惯性力和相互碰撞提供，故名盆式调谐、碰撞颗粒减振器。
本发明中，所述容器1采用玻璃钢、金属合金、PVC或聚氨酯塑料等轻质高强材料中任一种制成，根据设计需要容器1内部可加内衬或设置不同的摩擦系数。
本发明中，所述球面容器1底面设计为曲面，可增加钢球碰撞几率，也可确保振动之后钢球回到底面平衡位置，曲面曲率根据设计需要确定，底面可为单一曲率球面，也可为多曲率复杂曲面。
本发明中，所述容器1内布置若干个钢球，根据设计需要，钢球半径、表面粗糙度可以不同。
本发明中，所述容器直径可根据风机内平台爬梯孔和机舱吊孔尺寸确定，确保减振器可通过风机塔架内部爬梯或机舱吊物孔运送至需要安装的位置。
本发明所提出的盆式调谐、碰撞颗粒减振器，无方向限制，风机塔架受外界激励振动表现为360°多方向性，受曲面底面影响钢球滚动和液体振荡也表现为360°多方向性，可随塔架振动随时改变方向。
附图说明
图1为单个盆式调谐、碰撞颗粒减振器侧视图。
图2为多个盆式调谐、碰撞颗粒减振器侧视图。
图3为盆式调谐、碰撞颗粒减振器俯视图。
图中标号：1为容器，2为钢球，3为液体，4为盖板，5为连接螺栓、6为底面、7为侧壁、8为下法兰盘、9为上法兰盘、10螺栓孔、11为工程结构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
实施例1：如图１所示，本装置由圆柱形的容器1、钢球2、液体3、盖板4、连接螺栓5组成，其中：所述容器1由轻质高强材料制成，由底面6、侧壁7、下法兰盘8和上法兰盘9组成，上法兰盘9和下法兰盘８上圆周上均布若干个螺栓孔10。连接螺栓5自上而下依次穿过容器1的下法兰盘8和工程结构11，使容器1水平固定在工程结构11上。容器1内布置多个钢球2和适量液体3。如图２，多个容器堆叠时，连接螺栓5依次穿过上方容器的下法兰盘8和下方容器的上法兰盘9，使多个容器上下连为整体。顶部容器1由盖板4封顶，由连接螺栓5依次穿过容器1的上法兰盘9和盖板4连接。
本发明为适用于风机塔架的盆式调谐、碰撞颗粒减振器。使用时，先根据机舱和平台的内部可用空间，确定减振器的放置位置，确定布置方案。计算或测试拟安装减振器的风机塔架的动力特性，确定其基频。由于减振器的自振频率与风机塔架的基频几乎相等时的减振效果最好，由此确定减振器中钢球的滚动频率或液体的振荡频率。根据预期想要达到的减振效果，滚球或液体质量取为风机塔架一阶模态质量的1.5%~2.5%时。容器内钢球设定为若干个，使钢球颗粒之间、颗粒与容器之间有发生碰撞的可能，由钢球质量和数量计算出钢球2的半径和容器4半径；根据所需要的钢球总质量，确定容器4的数量。同样，容器1内质量为液体3时，为确保液体3在容器1内的运动与单摆相似，液面高度不得大于1/3球面半径，由此确定所需容器4的数量。根据已定设计参数完成容器1的制作，并通过连接螺栓5固定到工程结构11的预设位置。
本发明的使用方法如下：
1.根据实际工程中风机机舱和平台的允许使用空间，确定减振器形式；
2.计算或测试风机塔架的基频；
3.根据钢球滚动频率与结构基频相一致时减振效果最好的原则，确定盆式调谐、碰撞颗粒减振器自振频率；
4.根据预设的减振效果，确定滚动钢球或液体的总质量；
5.根据减振器自振频率确定容器半径、钢球半径或液面高度；
6.根据钢球半径或液体质量，确定容器的数量；
7.按设计参数制作减振器并安装在风机机舱顶部、内部或塔顶内平台上。

Claims (3)

1.具有调谐、碰撞双重作用的盆式颗粒减振器，由容器(1)、钢球(2)、液体(3)、盖板(4)和连接螺栓(5)组成，其特征在于：所述容器(1)为圆柱体结构，由底面(6)和侧壁(7)连成一体，容器(1)顶部外围设有一圈上法兰盘(9)，底部外围设有一圈下法兰盘(8)，所述下法兰盘(8)和上法兰盘(9)与容器(1)连成一体，下法兰盘(8)和上法兰盘(9)的圆周上均布有若干个螺栓孔(10)；容器(1)内布置有若干个钢球(2)和液体(3)；容器(1)顶部盖有盖板(4)，所述盖板(4)与上法兰盘(9)通过连接螺栓(5)连接；所述容器(1)底部固定于工程结构(11)上，下法兰盘(8)通过连接螺栓固定于工程结构(11)上；所述底面(6)采用单一曲率球面或多曲率复杂曲面，为盆形；其曲面曲率和钢球(2)半径根据工程需要设计，可使钢球(2)在容器(1)内振动频率、液体(3)在容器(1)内振荡频率与工程结构(11)振动基频吻合，以达到调谐的效果；容器(1)随工程结构(11)振动，钢球(2)和液体(3)受惯性作用与工程结构(11)运动相反，产生与工程结构(11)运动方向正好相反的惯性力，若干个钢球(2)之间发生相互摩擦与碰撞，钢球(2)与容器的侧壁(7)发生摩擦与碰撞，在惯性力、摩擦与碰撞共同作用下形成对工程结构(11)减振和耗能的效果。
2.根据权利要求１所述的具有调谐、碰撞双重作用的盆式颗粒减振器，其特征在于当采用多组盆式颗粒减振器时，所述容器(1)自上而下依次堆叠，连接螺栓(5)依次穿过位于上方的容器的下法兰盘(8)和与之相邻的位于下方的容器的上法兰盘(9)，使相邻的两个容器(1)相互连接，依次类推，使多个容器连为整体；位于顶层的容器(1)顶部通过盖板(4)封顶，所述盖板(4)通过连接螺栓(5)与位于顶层的容器(1)上的上法兰盘(9)连接；所述位于底层的容器(1)的底部固定于工程结构(11)上，下法兰盘(8)通过连接螺栓固定于工程结构(11)上。
3.根据权利要求１所述的具有调谐、碰撞双重作用的盆式颗粒减振器，其特征在于所述容器(1)采用玻璃钢、金属合金、PVC或聚氨酯塑料中任一种制成，根据设计需要容器(1)内部加内衬或设置不同的摩擦系数。
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