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CN111396498B - 一种风电机组塔架非线性减振装置 - Google Patents

一种风电机组塔架非线性减振装置 Download PDF

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CN111396498B CN201911242909.7A CN201911242909A CN111396498B CN 111396498 B CN111396498 B CN 111396498B CN 201911242909 A CN201911242909 A CN 201911242909A CN 111396498 B CN111396498 B CN 111396498B
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Abstract

本发明公开了一种风电机组塔架非线性减振装置，包括：底座，其用于支撑减振装置的其它零部件；线性减振部件，其包括连接架、第一滑块和伸缩弹簧，第一滑块与底座滑动连接，第一滑块与连接架固定，伸缩弹簧一端与底座连接，伸缩弹簧的另一端与连接架连接；非线性能量阱部件，其包括弹性弦、第二滑块和阻尼器，第二滑块与底座滑动连接，阻尼器的一端与连接架固定，阻尼器的另一端与第二滑块固定，第一滑块和第二滑块通过弹性弦连接。本发明提供了一种风电机组塔架非线性减振装置，具有动力吸振频带宽，减振效果好，同时简单易维护，经济成本低等优点。

Description

一种风电机组塔架非线性减振装置
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其是涉及一种风电机组塔架非线性减振装置。
背景技术
随着全球能源危机和气候变暖加剧，清洁能源如风能、太阳能等受到越来越多的关注，风力发电机组是将风能转化为电能的主要装备。为了更高效地利用风能，风电机组的功率越来越大，风电机组塔架也越建越高；同时，在控制风电成本的大环境下，风电机组已批量使用柔性结构塔架。因此，对于突发大风、地震等自然灾害造成的强冲击载荷，以及特定风速和叶轮的不平稳转动引起的共振，风电机组的塔架很容易发生破坏甚至倒塌，造成重大的安全事故和经济损失。传统风电机组塔架减振的方法，是使用线性减振器、装备结构强度加固以及装备结构改造等，但实际工程应用表明这些方法对塔架的减振效果较差，减振的效率较低。
中国专利申请公开号CN208919204U，公开日为2019年05月31日，名称为“风力发电机组的塔筒减振装置及风力发电机组”，公开了一种风力发电机组的塔筒减振装置及风力发电机组，该塔筒减振装置包括：减振质量环，减振质量环经由连接件悬挂在塔筒的上塔筒平台的下方；多个阻尼器，多个阻尼器连接在减振质量环与塔筒的内壁之间或者连接在减振质量环与塔筒的下塔筒平台之间。该专利中的装置使用多个阻尼器并通过万向节连接塔筒和减振质量环，从而实现任意方向上振动能量的吸收。但是该专利中的装置只能实现线性减振，实际减振效果较差，工程操作复杂，费用偏高。
发明内容
本发明为了克服现有技术中风电机组塔架使用的减振装置的减振效果较差，减振效率较低的不足，提供一种风电机组塔架非线性减振装置，具有动力吸振频带宽，减振效果好，同时简单易维护，经济成本低等优点。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种风电机组塔架非线性减振装置，包括：
底座，其与风电机组塔架固定，底座用于支撑减振装置的其它零部件；
线性减振部件，其用于实现线性减振功能，线性减振部件包括连接架、第一滑块和伸缩弹簧，第一滑块与底座滑动连接，第一滑块与连接架固定，伸缩弹簧一端与底座连接，伸缩弹簧的另一端与连接架连接；
非线性能量阱部件，其用于实现非线性减振功能，非线性能量阱部件包括弹性弦、第二滑块和阻尼器，第二滑块与底座滑动连接，阻尼器的一端与连接架固定，阻尼器的另一端与第二滑块固定，第一滑块和第二滑块通过弹性弦连接。
上述技术方案中，第一滑块和第二滑块滑动方向平行，所述阻尼器，属于现有产品部件，并且其线性阻尼可调，阻尼器包括活塞连杆和液压筒活塞连杆和液压筒分别与底座和连接架连接。振动能量传递到底座后，第一滑块由于惯性作用会相对底座做往复运动，并推动伸缩弹簧作轴向伸缩运动，由于弹簧的刚度作用，整个线性减振部件作往复减振运动；弹性弦将第一滑块与第二滑块柔性连接，第一滑块往复运动拉伸了弹性弦，并带动第二滑块一起滑动，构建了非线性立方刚度，从而实现了非线性能量阱的现象和功能；一旦非线性能量阱的现象出现，连接架便将线性减振部件上的振动能量不可逆地转移到非线性能量阱部件上，结合非线性能量阱部件中的线性阻尼器，实现振动能量快速有效地吸收和耗散。该装置通过第一滑块与第二滑块之间的拉伸构建的非线性立方刚度和阻尼器的线性阻尼，实现了非线性能量阱的现象，具有动力吸振频带宽，减振效果好，同时简单易维护，经济成本低等优点。
作为优选，还包括偏航器，偏航器包括内齿齿轮、偏航轴承底座、驱动齿轮和驱动电机；偏航轴承底座与风电机组塔架固定，内齿齿轮内嵌于偏航轴承底座上，且通过偏航轴承与风电机组塔架转动连接，内齿齿轮与底座固定；驱动电机与风电机组塔架固定，驱动齿轮与驱动电机的输出轴连接，驱动齿轮与内齿齿轮啮合。
由于风向时刻变化，风电机组塔架所受振动载荷的方向也会时刻发生变化，此时偏航器开始起作用，它能实时地与风电机组的偏航系统同步，确保非线性减振装置快速平稳地对准风向，进而将塔筒承受的振动载荷有效地传递到本发明的非线性减振装置上。
作为优选，所述风电机组塔架内设有隔层，偏航轴承底座固定安装在隔层上。可以在风电机组塔架上设置多个隔层，起到组合减振作用，隔层尽量设置在风电机组塔架的偏上位置，进而保证非线性减振器的减振效果。
作为优选，所述线性减振部件还包括弹簧连杆、弹簧套筒、长连杆和圆形钢片，弹簧套筒与底座固定，伸缩弹簧设置在弹簧套筒内，伸缩弹簧的一端通过弹簧连杆与连接架固定，伸缩弹簧的另一端通过弹簧套筒与底座固定，圆形钢片有两块：一块用于将弹簧连杆的一端与弹簧相连，另一块用于将弹簧另一端和弹簧套筒、底座固定；第一滑块通过长连杆与连接架固定。所述弹簧套筒可以对伸缩弹簧进行限位，避免其伸缩时发生歪斜。所述长连杆和弹簧连杆可以增加装置的适配性，根据需要选择不同刚度和长度的弹簧时，可以通过更换不同的长连杆和弹簧连杆进行尺寸适配。
作为优选，所述第一滑块的数量为2个，两个第一滑块对称分布在第二滑块的两侧。所述对称结构可以平衡非线性能量阱部件两侧的力，避免了非对称力造成的卡住现象。
作为优选，所述弹性弦的两端与第一滑块固定，弹性弦的中间与第二滑块固定。
作为优选，所述第二滑块的数量为2个，两个第二滑块对称分布在第一滑块的两侧。所述对称结构可以平衡线性减振部件两侧的力，避免了非对称力造成的卡住现象。
作为优选，所述底座上设有第一导轨和第二导轨，第一滑块与第一导轨滑动连接，第二滑块与第二导轨滑动连接。所述第一滑块和第二滑块分别通过第一导轨和第二导轨与底座滑动连接，保证了滑块滑动的顺畅性，保证了装置的减振效果。
作为优选，所述第一滑块或第二滑块上固定配重压块。所述配重压块调节滑块的重量，进而根据不同的塔架调节出不同的非线性减振效果。
作为优选，所述配重压块压紧弹性弦。配重压块同时用于压紧弹性弦，使配重压块同时起到配重和固定弹性弦的作用。
本发明的有益效果是：（1）动力吸振频带宽，减振效果好，同时简单易维护，经济成本低；（2）实际减振特性可以通过更换不同伸缩弹簧，调节阻尼器的线性阻尼以及改变配重压块的质量实现；（3）能实时地与风电机组的偏航系统同步，确保非线性减振装置快速平稳地对准风向，进而将塔筒承受的振动载荷有效地传递到本发明的非线性减振装置上。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中A处的局部放大图；
图3是本发明中偏航器的结构示意图。
图中：底座1、第一导轨1.1、第二导轨1.2、线性减振部件2、连接架2.1、第一滑块2.2、伸缩弹簧2.3、弹簧连杆2.4、弹簧套筒2.5、长连杆2.6、圆形钢片2.7、非线性能量阱部件3、弹性弦3.1、第二滑块3.2、阻尼器3.3、偏航器4、偏航轴承底座4.1、内齿齿轮4.2、驱动齿轮4.3、驱动电机4.4、风电机组塔架5、隔层5.1、配重压块6。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例1：
如图1所示，一种风电机组塔架5非线性减振装置，包括、底座1、线性减振部件2、非线性能量阱部件3和偏航器4；风电机组塔架5内设有隔层5.1。如图3所示，偏航器4包括偏航轴承底座4.1、内齿齿轮4.2、驱动齿轮4.3和驱动电机4.4；偏航轴承底座4.1与隔层5.1固定，内齿齿轮4.2内嵌于偏航轴承底座4.1上，且通过偏航轴承与风电机组塔架5转动连接，内齿齿轮4.2与底座1固定；驱动电机4.4与风电机组塔架隔层5.1固定，驱动齿轮4.3与驱动电机4.4的输出轴连接，驱动齿轮4.3与内齿齿轮4.2啮合。
如图2所示，底座1上设有两个第一导轨1.1和一个第二导轨1.2；第一导轨1.1与第二导轨1.2平行，两个第一导轨1.1对称设置在第二导轨1.2两侧。
如图2所示，线性减振部件2包括连接架2.1、两个第一滑块2.2、伸缩弹簧2.3、弹簧连杆2.4、弹簧套筒2.5、两个长连杆2.6和两个圆形钢片2.7；第一滑块2.2与对应第一导轨1.1滑动连接，第一滑块2.2通过对应的长连杆2.6与连接架2.1固定；弹簧套筒2.5与底座1固定，伸缩弹簧2.3设置在弹簧套筒2.5内，伸缩弹簧2.3的一端通过圆形钢片2.7与弹簧套筒2.5固定，伸缩弹簧2.3的另一端通过圆形钢片2.7与弹簧连杆2.4的一端固定，弹簧连杆2.4的另一端与连接架2.1固定。
如图2所示，非线性能量阱部件3包括弹性弦3.1、第二滑块3.2和阻尼器3.3，第二滑块3.2与第二导轨1.2滑动连接，阻尼器3.3的一端与连接架2.1固定，阻尼器3.3的另一端与第二滑块3.2固定，配重压块6将弹性弦3.1两端与第一滑块2.2固定，配重压块6将弹性弦3.1的中间与第二滑块3.2固定。
上述技术方案中，由于风向时刻变化，风电机组塔架所受振动载荷的方向也会时刻发生变化，此时偏航器开始起作用，它能实时地与风电机组的偏航系统同步，确保非线性减振装置快速平稳地对准风向，进而将塔筒承受的振动载荷有效地传递到本发明的非线性减振装置上。振动能量传递到底座1后，第一滑块2.2由于惯性作用会相对底座1做往复运动，并推动伸缩弹簧2.3作轴向伸缩运动，由于弹簧的刚度作用，整个线性减振部件2作往复减振运动；弹性弦3.1将第一滑块2.2与第二滑块3.2柔性连接，第一滑块2.2往复运动拉伸了弹性弦3.1，并带动第二滑块3.2一起滑动，构建了非线性立方刚度，从而实现了非线性能量阱的现象和功能；一旦非线性能量阱的现象出现，连接架2.1便将线性减振部件2上的振动能量不可逆地转移到非线性能量阱部件3上，结合非线性能量阱部件3中的线性阻尼器3.3，实现振动能量快速有效地吸收和耗散。
本发明的有益效果是：动力吸振频带宽，减振效果好，同时简单易维护，经济成本低；实际减振特性可以通过更换不同伸缩弹簧，调节阻尼器的线性阻尼以及改变配重压块的质量实现；能实时地与风电机组的偏航系统同步，确保非线性减振装置快速平稳地对准风向，进而将塔筒承受的振动载荷有效地传递到本发明的非线性减振装置上。

Claims (9)

1.一种风电机组塔架非线性减振装置，其特征是，包括：
底座，其与风电机组塔架固定，底座用于支撑减振装置的其它零部件；
线性减振部件，其用于实现线性减振功能，线性减振部件包括连接架、第一滑块和伸缩弹簧，第一滑块与底座滑动连接，第一滑块与连接架固定，伸缩弹簧一端与底座连接，伸缩弹簧的另一端与连接架连接；
非线性能量阱部件，其用于实现非线性减振功能，非线性能量阱部件包括弹性弦、第二滑块和阻尼器，第二滑块与底座滑动连接，阻尼器的一端与连接架固定，阻尼器的另一端与第二滑块固定，第一滑块和第二滑块通过弹性弦连接。
2.根据权利要求1所述的一种风电机组塔架非线性减振装置，其特征是，还包括偏航器，偏航器包括内齿齿轮、偏航轴承底座、驱动齿轮和驱动电机；偏航轴承底座与风电机组塔架固定，内齿齿轮内嵌于偏航轴承底座上，且通过偏航轴承与风电机组塔架转动连接，内齿齿轮与底座固定；驱动电机与风电机组塔架隔层固定，驱动齿轮与驱动电机的输出轴连接，驱动齿轮与内齿齿轮啮合。
3.根据权利要求2所述的一种风电机组塔架非线性减振装置，其特征是，所述风电机组塔架内设有隔层，偏航轴承底座固定在隔层上。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种风电机组塔架非线性减振装置，其特征是，所述第一滑块的数量为2个，两个第一滑块对称分布在第二滑块的两侧。
5.根据权利要求4所述的一种风电机组塔架非线性减振装置，其特征是，所述弹性弦的两端与第一滑块固定，弹性弦的中间与第二滑块固定。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种风电机组塔架非线性减振装置，其特征是，所述第二滑块的数量为2个，两个第二滑块对称分布在第一滑块的两侧。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种风电机组塔架非线性减振装置，其特征是，所述底座上设有第一导轨和第二导轨，第一滑块与第一导轨滑动连接，第二滑块与第二导轨滑动连接。
8.根据权利要求1或2或3所述的一种风电机组塔架非线性减振装置，其特征是，所述第一滑块或第二滑块上固定配重压块。
9.根据权利要求8所述的一种风电机组塔架非线性减振装置，其特征是，所述配重压块压紧弹性弦。
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