叶片式耗能调谐减振装置

摘要

本发明公开了一种叶片式耗能调谐减振装置，包括一个安装在转盘上的减振盒，在减振盒内的下底面和上顶面分别安装有能沿其表面来回滑动的质量块，所述的质量块通过并联的粘滞阻尼器和弹性元件与减振盒侧壁相连，在上下两个质量块之间横向设置有与减振盒内壁相连的液态阻尼器，在所述的液态阻尼器内安装有水平设置的旋转叶片轴，所述的旋转叶片轴延伸到减振盒外与叶片相连。

权利要求

1.叶片式耗能调谐减振装置，其特征在于：包括一个安装在转盘上的减振盒，在减振盒内的下底面和上顶面分别安装有能沿其表面来回滑动的质量块，所述的质量块通过并联的粘滞阻尼器和弹性元件与减振盒侧壁相连，在上下两个质量块之间横向设置有与减振盒内壁相连的液态阻尼器，在所述的液态阻尼器内安装有水平设置的旋转叶片轴，所述的旋转叶片轴延伸到减振盒外与叶片相连；

所述的上下两个质量块具有相同的质量，且两个质量块与减震盒具有相同的频率；

所述的转盘安装在一个转轴上，在所述的转轴一侧安装有风向传感器，所述的风向传感器采集转轴的转速，且将采集的信号发送给控制器，所述的控制器进而再控制转轴的转速和转向，用于调节减振盒及叶片的方向，实现最大振动方向的控制；

所述的转盘固定于塔架顶部风机的上表面。

2.如权利要求1所述的叶片式耗能调谐减振装置，其特征在于：在所述的减振盒内的下底面和上顶面分别安装有下轨道和上轨道，上下两个质量块的底部安装有车轮，车轮分别沿着下轨道和上轨道上来回移动。

3.如权利要求1或2所述的叶片式耗能调谐减振装置，其特征在于：所述的叶片与轮毂相连，所述轮毂与旋转叶片轴相连，叶片转动旋转叶片轴运动，旋转叶片轴运动与液态阻尼器摩擦进而耗能。

4.如权利要求1所述的叶片式耗能调谐减振装置，其特征在于：通过调节弹性元件的刚度，使两个质量块与减震盒具有相同的频率。

5.如权利要求1所述的叶片式耗能调谐减振装置，其特征在于：所述的旋转叶片轴与减振盒接触的部分设置有一个使旋转叶片轴自由转动但不能沿箱壁法线方向移动的卡环。

说明书

叶片式耗能调谐减振装置

技术领域

[0001] 本发明属于风力发电塔及相关高耸结构风振控制，具体涉及一种叶片式耗能调谐减振装置。

背景技术

[0002] 随着风电能源的开发利用，风力发电塔近些年来得到了大力的推广。鉴于其对经济发展和环境保护的重要作用，确保风力发电塔结构在风荷载作用下安全稳定的工作，具有非常重要的意义。风力发电塔结构高度较高，其主要重量集中在塔架顶端的风机系统，且由于其特殊的工作性质，极易受到风荷载的影响。风力发电塔结构系统在受到风荷载等外界荷载激励时，系统获得能量输入，从而产生相应的动力响应。

[0003] 目前常用的振动控制技术可以分为被动控制、主动控制、半主动控制、智能控制和混合控制。目前振动控制的方法主要包括消振、隔振、动力吸振及阻尼减振等方法。阻尼耗能装置的作用相当于增大结构的阻尼，是将结构振动的能量转变成热能或其它可以损耗的能量，从而减小结构的响应，主要包括金属耗能阻尼器、摩擦耗能阻尼器、粘弹性阻尼器和粘滞阻尼器。调谐质量阻尼器是一种经典的减振控制装置，它是由弹簧、阻尼器和质量块所组成的振动系统。当结构在外部荷载作用下产生振动，带动调谐质量阻尼器系统一起振动，调谐质量阻尼器系统相对运动产生的惯性力反作用到结构上，调谐这个惯性力，使其对结构的振动控制产生控制作用，从而达到减小结构振动响应的目的。

[0004] 目前的减振装置多采用一种方式减小结构振动，这样强风作用下不能将风能充分的转化为其他形式的能量；另外，现有的减振装置只能控制某个方向或者某几个方向的振动，考虑到风力发电塔架结构所处环境的复杂性，传统的减振装置不能很好的应对最不利方向风吹来造成的风振响应。

发明内容

[0005] 本发明目的是提供一种叶片式耗能调谐减振装置，主要针对风力发电塔及相关高耸结构振动控制，旨在减小其在风荷载作用下的振动反应，从而达到减振耗能的效果，本发明通过轮毂叶片转动耗能及调谐质量减振两种方式将外界激励获得的能量转化为其他形式的能量，研制出叶片式耗能调谐减振装置。

[0006] 为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

[0007] 叶片式耗能调谐减振装置，包括一个安装在转盘上的减振盒，在减振盒内的下底面和上顶面分别安装有能沿其表面来回滑动的质量块，所述的质量块通过并联的粘滞阻尼器和弹性元件与减振盒侧壁相连，在上下两个质量块之间横向设置有与减振盒内壁相连的液态阻尼器，在所述的液态阻尼器内安装有水平设置的旋转叶片轴，所述的旋转叶片轴延伸到减振盒外与叶片相连。

[0008] 进一步的，在所述的减振盒内的下底面和上顶面分别安装有下轨道和上轨道，上下两个质量块的底部安装有车轮，车轮分别沿着下轨道和上轨道上来回移动，以减少粘滞阻尼器与减振盒之间的摩擦力。

[0009] 进一步的，所述的叶片与轮毂相连，轮毂与旋转叶片轴相连，叶片转动旋转叶片轴运动，旋转叶片轴运动与液态阻尼器摩擦进而耗能。

[0010] 进一步的，所述的上下两个质量块具有相同的质量，通过调节弹簧的刚度，使质量块与被控结构有相同的频率，从而起到减振作用。

[0011] 进一步的，所述的转盘安装一个转轴上，在转轴一侧安装有风向传感器，转轴与转盘相连，用于调节减振盒及叶片的方向，可以实现最大振动方向的控制。

[0012] 进一步的，所述的风向传感器采集的转轴的转速，且将采集的信号发送给控制器，所述的控制器进而再控制转轴的转速和转向。

[0013] 进一步的，所述的旋转叶片轴与减振盒接触的部分设置有一个使旋转叶片轴自由转动但不能沿箱壁法线方向移动的卡环。

[0014] 进一步的，本发明应通过底部转盘固定于塔架顶部风机的上表面。

[0015] 本发明的工作原理如下：

[0016] 使用时，本发明应通过底部转盘固定于塔架顶部风机的上表面。由风向传感器获取风向，控制转轴转动，使得减振装置的叶片正对风吹来的方向，可以实现最大振动方向的减振。风吹向该减振装置，一部分作用于叶片，叶片旋转带动旋转液态阻尼器工作，将风能转化为动能，进而转化为热能；另一部分作用于塔架结构，塔架结构产生振动，引起减振盒中质量块左右移动，同时弹簧和阻尼器工作，进而达到减振的效果。

[0017] 本发明的有益效果如下：

[0018] 本发明可以自动调节减振装置工作的方向达到控制最不利风向情况下的减振目的，从而减小风力发电塔架结构在风荷载作用下最大振动的响应。该装置通过叶片转动进而带动旋转叶片轴与液态阻尼摩擦耗能，同时通过调谐质量阻尼器减振，具有较好的减振效果。该装置构造简单，灵活性高，性价比高，使用方便。、

[0019] 本发明通过两种途径，能够同时将风能转化为动能，进而转化为热能，可以充分的消耗能量，达到良好的减振效果。且本发明通过风向传感器，自动控制减振装置的方向，从而实现不同方向的风振控制。

附图说明

[0020] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0021] 图1是叶片式耗能调谐减振装置示意图；

[0022] 图2是叶片式耗能调谐减振装置a-a剖面示意图；

[0023] 图3是叶片式耗能调谐减振装置侧视示意图。

[0024] 图中：1连杆，2质量块，3粘滞阻尼器，4弹簧，5车轮，6下轨道，7上轨道，8卡环，9轮毂，10叶片，11减振盒，12旋转叶片轴，13液态阻尼器，14转盘，15风向传感器。

具体实施方式

[0025] 以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的实施方式。

[0026] 本发明提出的叶片式耗能调谐减振装置如图1，图2，图3所示，该装置可以安装在塔架结构的顶部。具体结构如下：该耗能减振装置是由轮毂叶片、减振盒及转盘三部分组成。其中减振盒由一个连杆1、两个质量块2、两个粘滞阻尼器3、两个弹簧4、八个车轮5、下轨道6、上轨道7、卡环8、旋转叶片轴12、液态阻尼器13及减振盒11构成。转盘由转盘14及风向传感器15构成，具体结构如下：

[0027] 在减振盒11内的下底面和上顶面分别安装有能沿其表面来回滑动的质量块2，所述的质量块2通过并联的粘滞阻尼器3和弹簧4与减振盒11侧壁相连，在上下两个质量块2之间横向设置有与减振盒11内壁相连的液态阻尼器13，在所述的液态阻尼器13内安装有水平设置的旋转叶片轴12，所述的旋转叶片轴12延伸到减振盒11外与叶片10相连，且旋转叶片轴12与减振盒11接触的部分设置有一个卡环8，卡环8可以使转轴在其中自由转动，但不能沿箱壁法线方向移动。

[0028] 进一步的，在所述的减振盒内11的下底面和上顶面分别安装有下轨道6和上轨道7，上下两个质量块2的底部安装有车轮5，车轮5分别沿着下轨道6和上轨道7上来回移动，以减少粘滞阻尼器与减振盒11之间的摩擦力。

[0029] 进一步的，叶片10与轮毂9相连，轮毂9与旋转叶片轴12相连，叶片10转动旋转叶片轴运动，旋转叶片轴12运动与液态阻尼器摩擦进而耗能。

[0030] 进一步的，上下两个质量块具有相同的质量，通过调节弹簧的刚度，使质量块与被控结构有相同的频率，从而起到减振作用。

[0031] 进一步的，转盘14安装一个转轴上，在转轴一侧安装有风向传感器15，转轴与转盘相连，用于调节减振盒及叶片的方向，可以实现最大振动方向的控制。

[0032] 进一步的，风向传感器15采集的转轴的转速，且将采集的信号发送给控制器，所述的控制器进而再控制电机的转速以及转向，同时电机与转轴相连，电机控制的转轴转速和转向，进而通过转盘控制减振装置的方向，使叶片面向风吹来的方向。

[0033] 这里的电机与转轴之间通过减速器相连。

[0034] 工作时，转盘14固定于塔架风机的顶端，风向传感器15获取风向，通过转盘控制减振装置的方向，使叶片面向风吹来的方向。风一部分作用于叶片10，叶片转动消耗风能，改变叶片周围风压，同时叶片转动带动减振盒内的旋转叶片轴12工作，消耗风能。另一部分作用在被控结构上，使被控结构产生振动，减振盒内的质量块2、粘滞阻尼器3及弹簧4发挥作用，质量块左右运动，由于弹簧频率与被控结构相同，进而可以控制结构的振动。质量块与车轮相连，车轮置于轨道上，轨道与车轮之间极其光滑。

[0035] 本实施方案中需要注意以下几个方面：

[0036] 第一：叶片外形须根据风向、风速等具体考虑，要根据各海域的风速大小具体设计优化；第二：液态阻尼应选用粘滞系数较大，性能稳定，散热较快的材料，可采用阻尼油；第三：旋转叶片轴表面应尽量粗糙，以增大摩擦；第四：质量块车轮及轨道之间应尽量光滑；第五：弹簧频率应与被控结构相同；第六：卡环可以使转轴在其中自由转动，但不能沿箱壁法线方向移动。

[0037] 本实施方案中，应当根据结构的具体情况确定叶片式耗能调谐减振装置的安装位置和数量，以达到最佳的减振效果。

[0038] 本发明通过轮毂叶片转动耗能及调谐质量减振两种方式将外界激励获得的能量转化为其他形式的能量，研制出叶片式耗能调谐减振装置。目前的减振装置多采用一种方式减小结构振动，这样强风作用下不能将风能充分的转化为其他形式的能量，本发明通过两种途径，能够同时将风能转化为动能，进而转化为热能，可以充分的消耗能量，达到良好的减振效果。另外，现有的减振装置只能控制某个方向或者某几个方向的振动，考虑到风力发电塔架结构所处环境的复杂性，传统的减振装置不能很好的应对最不利方向风吹来造成的风振响应，而该发明通过风向传感器，自动控制减振装置的方向，从而实现不同方向的风振控制。

[0039] 本发明的上述实施方案并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。