用於增加風力發電機組系統阻尼的調諧質量阻尼器的製作方法
2023-06-06 06:14:01 1
專利名稱：用於增加風力發電機組系統阻尼的調諧質量阻尼器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於工程結構減振技術領域，具體涉及一種用於增加風力發電機系統阻尼的調諧質量阻尼器，主要用於風力發電機組的減震，也可用於橋梁、高層建築等工程中。
背景技術：
對於定槳距失速控制型風力發電機組，在環境溫度低於_20°C，風速超過額定點以後(大約16-25m/s)，在風力發電機組正常運行過程中，會發生無規律的、不可預測的葉片瞬間振動現象，即葉片在旋轉平面內的擺振，這種振動有時會發散，導致機組振動迅速增加，造成機組停機，影響機組的正常發電。同時，這種振動對葉片也是有害的，它會導致葉片後緣結構失效，產生裂紋。葉片的擺振方向的振動根源是由於失速運行時的氣動力產生的，是由葉片失速後氣動阻尼變為負值所致。它與葉片翼型的靜態、動態空氣動力特性，葉片的布局(葉片的幾何分布)，葉片的結構特性(結構阻尼)等有關；其次是複合材料葉片低溫時其結構阻尼下降，最後導致總的阻尼下降。解決此問題的主要措施就是要增加系統的阻尼，通過阻尼耗散掉這部分能量。針對此問題，目前運用較多的方法是在葉片上粘貼失速條，通過失速條來改變葉片的氣動特性，進而減少葉片的擺振。該辦法能有效耗散擺振能量，但是其會降低風力發電機組的發電效率，減少發電量，這是風場業主不可接受的。因此，有必要對現有技術進行改進。經初步檢索，未發現與本實用新型技術方案相同或者相似的有關記載。
實用新型內容針對現有風力發電機組葉片失速導致系統阻尼下降引起振動，而現在採用的在葉片上貼時速條的方法會降低發電效率減少發電量的技術缺陷，本實用新型提出了一種用於增加風力發電機系統阻尼的調諧質量阻尼器，本實用新型阻尼器具有結構合理、增阻尼效果明顯、維護方便的優點。本實用新型採用的技術方案是用於增加風力發電機組系統阻尼的調諧質量阻尼器，包括承載支撐結構、導向系統、質量塊系統、剛度系統和阻尼系統，所述承載支撐結構固定在風力發電機組的機架上；所述導向系統固定在所述承載支撐結構上，所述質量塊系統置於所述導向系統上，質量塊系統沿導向系統運動；所述剛度系統固定在所述承載支撐結構上，剛度系統與質量塊系統連接，為整個調諧質量阻尼器提供剛度；所述阻尼系統固定在所述承載支撐結構上，阻尼系統與質量塊系統連接，為整個調諧質量阻尼器提供阻尼。上述調諧質量阻尼器的工作原理為當風力發電機組開始振動時，所述調諧質量阻尼器與之共振，其固有頻率與風機機艙的擺振頻率一致或相近，質量塊系統沿導向系統作往復運動，從而帶動剛度系統和阻尼系統往復運動，剛度系統和阻尼系統同時工作吸收風機機艙的擺陣能量。進一步地，所述導向系統為直線導軌副。進一步地，所述承載支撐結構上設有限位裝置，用於限制質量塊系統的位移。進一步地，所述質量塊系統包括質量塊基座、調節質量塊和轉接板，所述質量塊基座用於放置質量塊，所述調節質量塊用於調節調諧質量阻尼器的固有頻率，所述轉接板用於連接所述剛度系統和阻尼系統。進一步地，所述剛度系統為鋼彈簧系統，兩個鋼彈簧通過連接件首尾相接組成一組鋼彈簧系統，鋼彈簧系統通過該連接件連接所述質量塊系統。進一步的，所述阻尼系統為液壓阻尼系統或者摩擦阻尼系統，其一端固定在所述承載支撐結構上，另一端連接所述質量塊系統。進一步地，所述剛度系統和阻尼系統合為一體，為同時具備剛性和阻尼特性的彈性橡膠，該彈性橡膠一端直接在所述承載支撐結構上，另一端連接質量塊系統，風機機艙發生擺振時，質量塊系統直接在導向系統上往復運動，從而帶動彈性橡膠進行往復運動，利用彈性橡膠的剛性和阻尼特性吸收風機機艙的擺振能量。本實用新型的優點在於1、通過設置多個不同頻率的調諧質量阻尼器，能抑制風力發電機組多個頻率的振動，控制範圍更廣，效率更高；2、本實用新型用於增加風力發電機組阻尼的調諧質量阻尼器，在承載支撐架構上設有導向系統，限定了質量塊系統的運動軌跡，使得整個調諧質量阻尼器的結構非常穩定，且有效抑制了質量塊系統在水平方向運動帶來的負面影響；3、使用鋼彈簧作為剛度系統，使用液壓阻尼器或者摩擦阻尼器作為阻尼系統，使得整個調諧阻尼器具有優秀的剛性及阻尼特性，可有效增加風力發電機組的系統阻尼，並能有效吸收擺振能量；4、剛度系統和阻尼系統既可以獨立設置，由鋼彈簧和液壓(或者摩擦)阻尼器分別實現，也可合二為一，由同時具有剛性和阻尼特性的彈性橡膠單獨實現，有多種實現方式，便於生產者靈活採用。
圖1是本實用新型所述用於增加風力發電機組系統阻尼的調諧質量阻尼器的安裝布置示意圖(三面視圖)；圖2是本實用新型實施例1所述調諧質量阻尼器的結構示意圖(三面視圖)；圖3是本實用新型實施例1所述調諧質量阻尼器的結構俯視圖；圖4是本實用新型實施例1所述鋼彈簧的結構示意圖；圖5是本實用新型實施例1所述的導向系統的結構示意圖(三面視圖)；圖6是本實用新型實施例2所述調諧質量阻尼器的結構示意圖(三面視圖)；圖7是本實用新型實施例2所述調諧質量阻尼器的結構俯視圖。
具體實施方式
為更進一步闡述本實用新型為達成預定實用新型目的所採取的技術手段，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型提出的一種用於增加風力發電機系統阻尼的方法及調諧質量阻尼器的具體實施方式
、步驟、結構、特徵進行詳細說明，應當指出，由於篇幅原因，本文不對本實用新型所有的實施例進行窮舉，以下實施例僅是本實用新型的優選實施例，但本實用新型的保護範圍並不局限於下述優選實施例。如圖1所示，在風力發電機組機架4尾部設置調諧質量阻尼器3，通過鎖緊裝置2固定在機架4上後側，置於發電機I下部通過調節調諧質量阻尼器3的固有頻率，使其與機艙機架4的擺振頻率一致或相近，機艙機架4與該調諧質量阻尼器3共振時相位角不同，利用該調諧質量阻尼器3提供的阻尼吸收葉片的擺振能量，這樣能有效地保護風力發電機的結構，消除風力發電機組頻繁停機的問題，提高風力發電機組的使用壽命，同時不會對風力發電機組的發電效率產生影響。用於增強風力發電機組系統阻尼的調諧質量阻尼器，包括承載支撐結構、導向系統、質量塊系統、剛度系統和阻尼系統，所述承載支撐結構固定在風力發電機組的機架上；所述導向系統固定在所述承載支撐結構上，所述質量塊系統置於所述導向系統上，質量塊系統沿導向系統的運動；所述剛度系統固定在所述承載支撐結構上，剛度系統與質量塊系統連接，為整個調諧質量阻尼器提供剛度；所述阻尼系統固定在所述承載支撐結構上，阻尼系統與質量塊系統連接，為整個調諧質量阻尼器提供阻尼。進一步地，所述調諧質量阻尼器的固有頻率是通過改變調諧質量阻尼器的質量系統的質量或者剛度系統的剛度性能進行調節，以適應不同的風力發電機組。進一步地，所述多臺調諧質量阻尼器採用由上至下疊加的布置方式。上述調諧質量阻尼器的工作原理為當風力發電機組開始振動時，所述調諧質量阻尼器與之共振，其固有頻率與風機機艙的擺振頻率一致或相近，質量塊系統沿導向系統作往復運動，從而帶動剛度系統和阻尼系統往復運動，剛度系統和阻尼系統同時工作吸收風機機艙的擺陣能量。實施例1 :如圖2所示，所述調諧質量阻尼器包括承載支撐結構40、直線導軌副30、質量塊
10、液壓阻尼系統50和鋼彈簧系統20。如圖3所示，其中，所述承載支撐結構40包括支撐板41、鎖緊裝置42、安裝螺釘43、限位保護44;所述液壓阻尼系統50包括液壓阻尼器51、固定銷52 ；所述質量塊系統10包含質量塊基座11、彈簧轉接板12、螺杆13、調節質量塊14 ；所述鋼彈簧系統20包括鋼彈簧21、安裝螺母22、固定板23，安裝螺栓24，連接板25。其中，如圖4所示，鋼彈簧21由彈簧211與螺栓接頭212組成。兩個鋼彈簧21的螺栓接頭212通過連接板25旋入安裝螺母22，連接成為一組鋼彈簧系統20，本實施例中，一個調諧質量阻尼器包括兩組鋼彈簧系統20 ；如圖5所示，所述直線導軌副30包括導軌32、滑塊31、安裝螺釘33，所述滑塊31在所述導軌32上滑動。本例所述調諧質量阻尼器各部件之間的具體連接關係為1、支撐板41通過鎖緊裝置42和安裝螺釘43固定在風力發電機組機架上；限位保護44用於保證質量塊系統10在安全行程裡往復運行；2、導軌32通過安裝螺釘33固定在支撐板41上，滑塊31與質量塊基座11連接；3、鋼彈黃系統20通過連接板25固定在彈黃轉接板12上；鋼彈黃系統20通過固定板23和安裝螺栓24固定在支撐板41上。4、液壓阻尼器(51)通過固定銷52，一端固定在支撐板41上，一端固定在質量塊基座11上；5、調節質量塊14直接疊放在質量塊基座11和彈簧轉接板12上，並用螺杆13連
接在一起。實施例1的工作原理為所述調諧質量阻尼器通過承載支撐結構40固定在風力發電機組機架尾部，其固有頻率與機架的擺振頻率一致或相近，機架發生振動時，質量塊系統10在直線導軌副30上往復運動，從而帶動鋼彈簧21和液壓阻尼器51進行往復運動，利用鋼彈簧21的剛性和液壓阻尼器51的阻尼特性吸收風機機艙的擺振能量。實施例2 如圖6所示，調諧質量阻尼器，包括承載支撐結構40、直線導軌副30、質量塊系統10、彈性橡膠20 ；如圖7所示，所述承載支撐結構40包括支撐板41、鎖緊裝置42、安裝螺釘43、限位保護44 ；所述直線導軌副30包括導軌32、滑塊31、安裝螺釘33 ；所述質量塊系統10包含質量塊基座11、轉接板12、螺杆13、調節質量塊14、安裝螺釘15 ；本例所述調諧質量阻尼器各部件的具體連接情況為1、支撐板41通過鎖緊裝置42固定在機架上，限位保護44用於保證質量塊系統10在安全行程裡往復運行。2、導軌31通過安裝螺釘33固定在支撐板41上，滑塊31與質量塊基座11連接；3、彈性橡膠20通過安裝螺釘15固定在支撐板41上，轉接板12通過安裝螺釘15分別連接彈性橡膠20與調節質量塊14 ；4、調節質量塊14直接疊放在質量塊基座11上，並用螺杆13連接在一起。實施例2的工作原理為通過支撐系統40固定在風力發電機組機艙尾部，其固有頻率與風機機艙的擺振頻率一致或相近，機架發生擺振時，調諧質量阻尼器與機架發生共振；質量塊系統10在直線導軌副30上往復運動，從而帶動彈性橡膠20進行往復運動；利用橡膠墊20的阻尼吸收風機機艙的擺振能量。上述實施例僅為本實用新型的優選實施例，本領域普通技術人員在不脫離本實用新型實質和技術啟示下所作的變形和潤飾，均應視為在本實用新型的保護範圍之內，本實用新型的保護範圍由權利要求書及其等價物界定。
權利要求1.用於增加風力發電機組系統阻尼的調諧質量阻尼器，其特徵在於，包括承載支撐結構、導向系統、質量塊系統、剛度系統和阻尼系統，所述承載支撐結構固定在風力發電機組的機架上；所述導向系統固定在所述承載支撐結構上，所述質量塊系統置於所述導向系統上，質量塊系統沿導向系統的運動；所述剛度系統固定在所述承載支撐結構上，剛度系統與質量塊系統連接，為整個調諧質量阻尼器提供剛度；所述阻尼系統固定在所述承載支撐結構上，阻尼系統與質量塊系統連接，為整個調諧質量阻尼器提供阻尼。
2.根據權利要求1所述用於增加風力發電機組系統阻尼的調諧質量阻尼器，其特徵在於，所述調諧質量阻尼器的固有頻率是通過改變調諧質量阻尼器的質量系統的質量或者剛度系統的剛度性能進行調節。
3.根據權利要求1所述用於增加風力發電機組系統阻尼的調諧質量阻尼器，其特徵在於，所述導向系統為直線導軌副；所述承載支撐結構上設有限位裝置，用於限制質量塊系統的位移。
4.根據權利要求1所述用於增加風力發電機組系統阻尼的調諧質量阻尼器，其特徵在於，所述質量塊系統包括質量塊基座、調節質量塊和轉接板，所述質量塊基座用於放置質量塊，所述調節質量塊用於調節調諧質量阻尼器的固有頻率，所述轉接板用於連接所述剛度系統和阻尼系統。
5.根據權利要求4所述用於增加風力發電機組系統阻尼的調諧質量阻尼器，其特徵在於，所述剛度系統為鋼彈簧系統，兩個鋼彈簧通過連接件首尾相接組成一組鋼彈簧系統，鋼彈簧系統通過該連接件連接所述質量塊系統。
6.根據權利要求4所述用於增加風力發電機組系統阻尼的調諧質量阻尼器，其特徵在於，所述阻尼系統為液壓阻尼系統或者摩擦阻尼系統，其一端固定在所述承載支撐結構上，另一端連接所述質量塊系統。
7.根據權利要求1所述用於增加風力發電機組系統阻尼的調諧質量阻尼器，其特徵在於，所述剛度系統和阻尼系統合`為一體，為同時具備剛性和阻尼特性的彈性橡膠，該彈性橡膠一端直接在所述承載支撐結構上，另一端連接質量塊系統，風機機艙發生擺振時，質量塊系統直接在導向系統上往復運動，從而帶動彈性橡膠進行往復運動，利用彈性橡膠的剛性和阻尼特性吸收風機機艙的擺振能量。
專利摘要本實用新型公開了一種用於增加風力發電機組系統阻尼的調諧質量阻尼器，在風力發電機組機架尾部設置調諧質量阻尼器，通過調節調諧質量阻尼器的固有頻率，使其與機架的擺振頻率一致或相近，機架與該調諧質量阻尼器共振時相位角不同，利用該調諧質量阻尼器提供的阻尼吸收葉片的擺振能量，這樣能有效地保護風力發電機的結構，消除風力發電機組頻繁停機的問題，提高風力發電機組的使用壽命，同時不會對風力發電機組的發電效率產生影響。
文檔編號F03D11/00GK202914618SQ20122038785
公開日2013年5月1日 申請日期2012年8月7日 優先權日2012年8月7日
發明者謝凌志, 林勝, 胡偉輝, 程海濤, 曹宇君, 榮繼剛, 謝宇丹, 毛俊, 寧響亮, 查國濤, 於松林, 劉河, 張才盛, 李祺, 王海蛟 申請人:株洲時代新材料科技股份有限公司, 北京金風科創風電設備有限公司