塔架振动阻尼器

摘要

本发明涉及一种适于安装在风轮机塔架中的塔架阻尼器，所述塔架阻尼器包括：摆结构，其适于悬挂在所述风轮机塔架中；多个弹簧，其布置成阻尼所述摆结构的移动；悬挂装置，其用于悬挂所述摆结构；以及腔室，其保持阻尼液体，所述摆结构至少部分地浸入到所述阻尼液体中。本发明还涉及一种包括塔架阻尼器的风轮机。

权利要求

1.一种塔架振动阻尼器，该塔架振动阻尼器适于安装在风轮机塔架中，所述塔架振动阻尼器包括：摆结构，该摆结构适于悬挂在所述风轮机塔架中，所述摆结构包括圆柱形摆体；

多个弹簧，所述弹簧布置成当所述摆结构悬挂在所述风轮机塔架中时阻尼所述摆结构的移动；

悬挂装置，所述悬挂装置用于将所述摆结构悬挂在所述风轮机塔架中，使得所述摆结构被允许从所述摆结构的中性位置移位；以及腔室，所述腔室保持阻尼液体，所述摆结构至少部分地浸入到所述阻尼液体中，其中，由所述摆结构内和所述腔室内的贯通开口形成穿过所述塔架振动阻尼器的通道。

2.根据权利要求1所述的塔架振动阻尼器，其中，所述弹簧的数量是3的倍数。

3.根据权利要求1或2所述的塔架振动阻尼器，其中，所述腔室包括外边界、内边界以及在所述外边界和所述内边界之间延伸的底部。

4.根据权利要求3所述的塔架振动阻尼器，其中，所述腔室的所述外边界形成风轮机塔架壁的一部分。

5.根据权利要求1所述的塔架振动阻尼器，其中，所述弹簧围绕所述摆结构的中心轴线或围绕所述风轮机塔架的中心轴线均匀分布。

6.根据权利要求3所述的塔架振动阻尼器，其中，所述弹簧布置在所述摆结构与所述腔室的所述内边界之间。

7.根据权利要求3所述的塔架振动阻尼器，其中，所述弹簧布置在所述摆结构与所述腔室的所述外边界之间。

8.根据权利要求1所述的塔架振动阻尼器，其中，所述多个弹簧布置成用于将所述摆结构推向所述摆结构的中性位置。

9.根据权利要求1所述的塔架振动阻尼器，其中，所述多个弹簧中的每一者均包括片簧。

10.根据权利要求9所述的塔架振动阻尼器，其中，每个片簧在其两个端部处均包括用于将所述片簧固定至所述摆结构的片簧固定装置。

11.根据权利要求10所述的塔架振动阻尼器，该塔架阻尼器还包括用于每个片簧的接触装置，其中每个所述接触装置均构造成在片簧与所述腔室的内边界或外边界之间在所述片簧的所述两个端部之间的位置处提供能操作的接触，其中，所述接触装置包括：接触构件；

引导件，该引导件构造成用于实现所述接触构件的竖直平移，所述竖直平移由所述摆结构的位移引起；以及接触构件弹簧，该接触构件弹簧布置在所述接触构件的每一侧上，所述接触构件弹簧构造成一致地将所述接触构件推向所述接触构件的中性位置。

12.根据权利要求11所述的塔架振动阻尼器，其中，每个片簧固定装置均包括：一对能旋转的辊，该辊适于接收和夹紧片簧端部，其中所述辊构造成挠曲，使得所述片簧能相对于所述片簧固定装置成角度地移动。

13.根据权利要求11或12所述的塔架振动阻尼器，其中，所述多个片簧在所述摆结构和所述腔室的所述内边界之间形成端对端结构，并且其中接触装置附接至每个片簧。

14.根据权利要求1所述的塔架振动阻尼器，其中，所述多个弹簧中的每一者均包括悬臂弹簧。

15.根据权利要求14所述的塔架振动阻尼器，其中，每个悬臂弹簧均包括布置在所述悬臂弹簧的自由端上的低摩擦滑块，并且其中所述滑块构造成用于在所述悬臂弹簧与所述腔室的外边界或内边界之间能操作地接触。

16.根据权利要求1所述的塔架振动阻尼器，其中，所述悬挂装置包括调谐装置，所述调谐装置构造成用于调节悬挂的所述摆结构的固有频率。

17.根据权利要求16所述的塔架振动阻尼器，其中，所述悬挂装置包括多根线材。

18.根据权利要求17所述的塔架振动阻尼器，其中，对于所述多根线材中的每根线材，所述调谐装置包括一端固定至所述塔架并且另一端固定至所述线材的夹具，其中所述夹具的固定构造成使得该夹具能沿着所述线材的纵向方向移动。

19.一种风轮机塔架，该风轮机塔架包括根据前述权利要求中任一项所述的塔架振动阻尼器。

说明书

塔架振动阻尼器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种安装在例如风轮机塔架中的塔架振动阻尼器。根据本发明的振动阻尼器具有贯通的开口，该开口便于例如维护人员可以以简单且安全的方式经过振动阻尼器。

背景技术

[0002] 随着现代风轮发电机的高度变得越来越高，近年来在例如风轮机工业内的涡激振动的阻尼变得更加重要。

[0003] 通常，可以通过改变暴露于风的结构的形状或改变暴露于风的结构的振动特性来阻尼涡激振动。改变结构的形状可能涉及例如将扰流板固定到结构的外表面，而改变结构的振动特性可能涉及改变结构的固有频率，或者将振动阻尼器添加至结构。振动阻尼器靠近结构的自由端(即顶部)放置。

[0004] 关于风轮机塔架，必须维持塔架的顶部和底部之间的通道，以便允许维护人员在对涡轮机进行维护时爬上塔架内以进入机舱。因此，关于将振动阻尼器放置在风轮机塔架内存在空间限制。

[0005] 可以看出，本发明的实施方式的一个目的是提供一种简单、紧凑并且稳健的塔架振动阻尼器，其允许维护人员在塔架内以简单且安全的方式经过振动阻尼器。

发明内容

[0006] 在第一方面，通过提供适于安装在风轮机塔架中的塔架阻尼器来满足上述目的，该塔架阻尼器包括：

[0007] 摆结构，该摆结构适于悬挂在所述风轮机塔架中，所述摆结构包括圆柱形摆体；

[0008] 多个弹簧，所述弹簧布置成当所述摆结构悬挂在所述风轮机塔架中时阻尼所述摆结构的移动；

[0009] 悬挂装置，所述悬挂装置用于将所述摆结构悬挂在所述风轮机塔架中，使得所述摆结构被允许从所述摆结构的中性位置移位；以及

[0010] 腔室，所述腔室保持阻尼液体，所述摆结构至少部分地浸入到所述阻尼液体中。

[0011] 本发明的塔架阻尼器因其简单、紧凑和稳健的设计而是有利的。此外，圆柱形摆体允许维修人员在塔架内以简单并且安全的方式经过振动阻尼器。摆结构可以由金属制成，并且根据具体要求，其重量可以在3至10吨的范围内。

[0012] 弹簧的数量原则上可以是任意的。但是，弹簧的数量应足以满足所需的阻尼要求。优选地，弹簧的数量是3的倍数，即3、6、9、12、15、18等。为了确保摆结构周围的对称阻尼特性，弹簧可以围绕摆结构的中心轴线或围绕风轮机塔架的中心轴线均匀地分布。

[0013] 悬架装置可以包括悬挂摆结构的多根线材。此外，还可以设置构造成用于调节塔架阻尼器的固有频率的调谐装置。可以通过变更多根线材的长度来调节固有频率。对于所述多根线材中的每根线材，调谐装置可以包括一端固定到塔架并且另一端固定到线材的夹具。为了调节线材的长度，从而调节塔架阻尼器的固有频率，将夹具固定到塔架上配置成使得夹具可以沿着线材的纵向方向移动。在本文中，术语“线材的长度”应理解为线材的自由摆动的长度，即线材附接至塔架结构所在之处的调谐装置与摆结构之间的距离。线材可以在调谐装置下方成角度地移动，从而允许摆结构摆动。

[0014] 腔室可以包括外边界、内边界以及在外边界和内边界之间延伸的底部。因此，腔室形成容器结构，该容器结构适于保持阻尼液体，摆结构至少部分地浸入该阻尼液体中。阻尼液体可以包括合适的阻尼油，例如诸如Texaco Way Lubricant x320、Exxon Mobilgear 600XP 320或Uno Vibration Absorber 320之类的产品。

[0015] 在一个实施方式中，腔室是单独的独立元件，其自身的结构专用于盛装阻尼液体。

[0016] 在另一实施方式中，腔室集成到风轮机塔架结构中。例如，风轮机壁限定腔室的外边界。

[0017] 在第一实施方式中，所述多个弹簧可以布置在摆结构和腔室的内边界之间。

[0018] 在第二实施方式中，所述多个弹簧可以布置在摆结构和腔室的外边界之间。

[0019] 所述多个弹簧可以是片簧或悬臂弹簧。

[0020] 在具有片簧的实施方式中，每个弹簧在其两个端部处可以包括用于将片簧固定到摆结构的片簧固定装置。

[0021] 在本发明的第一优选实施方式中，所述多个弹簧布置在摆结构和腔室的内边界之间，并且所述多个弹簧是片簧。

[0022] 在本发明的第二优选实施方式中，所述多个弹簧布置在摆结构和腔室的外边界之间，并且所述多个弹簧是悬臂弹簧。

[0023] 在所有实施方式中，所述多个弹簧布置成用于将摆结构推向摆结构的中性位置。在中性位置，弹簧可以是松弛的。另选地，弹簧在摆的中性位置预加载。

[0024] 在本发明的包括多个片簧的实施方式中，塔架阻尼器还可以包括用于所述多个片簧中的每一者的接触装置，其中每个所述接触装置均构造成在片簧与所述腔室的所述内边界或所述外边界之间在所述片簧的所述两个端部之间的位置处提供能操作的接触，其中，所述接触装置包括：

[0025] 接触构件；

[0026] 引导件，其构造成用于实现所述接触构件的竖直平移，所述竖直平移由所述摆结构的位移引起；以及

[0027] 接触构件弹簧，其布置在所述接触构件的每一侧上，所述接触构件弹簧构造成一致地将所述接触构件推向所述接触构件的中性位置。

[0028] 接触构件可以包括可旋转安装的辊，并且接触构件弹簧可以包括螺旋弹簧或扭转弹簧。可旋转安装的辊可以绕销旋转，可以允许辊沿着该销进行竖直平移。接触构件弹簧布置在接触构件的每一侧上并且构造成使得当接触构件从其中性位置竖直移位时，这些接触构件弹簧一致地将接触构件推回到其中性位置。

[0029] 用于将片簧固定到摆结构的每个片簧固定装置可以包括：

[0030] 一对可旋转的辊，其适于接收和夹紧片簧端部，其中所述辊构造成挠曲，使得所述片簧能相对于所述片簧固定装置成角度地移动。

[0031] 可旋转的辊用作滚动支撑件，该滚动支撑件能够适应由于片簧在其中心处的偏转以及片簧端部的角度偏转引起的片簧端部的两种局部平移。

[0032] 此外，固定片簧还可以包括：

[0033] 可枢转的装置，其适于以可枢转的方式保持片簧端部，其中可枢转的装置构造成防止片簧端部沿纵向方向平移。

[0034] 片簧固定装置的优点在于，可枢转的装置用作销钉悬架，该销钉悬架由于片簧的偏转而能够枢转。可枢转的装置也防止片簧在纵向方向上平移。

[0035] 在该实施方式中，片簧在一端具有一对可旋转的辊，在其另一端具有可枢转的装置。

[0036] 所述多个片簧可以在摆结构和腔室的内边界之间形成端对端的结构，并且其中接触装置附接至每个片簧。例如，所述多个片簧可以在摆结构内形成六边形结构，其中片簧经由相应的片簧固定装置固定至摆结构。

[0037] 另选地，所述多个片簧可以在摆结构和腔室的外边界之间形成端对端结构，并且其中接触装置附接至每个片簧。

[0038] 在本发明的包括多个悬臂弹簧的实施方式中，每个悬臂弹簧均可以包括布置在悬臂弹簧的自由端上的低摩擦滑块，并且其中滑块构造成用于悬臂弹簧和腔室的外边界或内边界之间的可操作接触。合适的低摩擦滑块可以包括附接到每个悬臂弹簧的自由端的青铜块。

[0039] 在第二方面，本发明涉及一种包括根据第一方面的塔架阻尼器的风轮机塔架。

附图说明

[0040] 现在将参考附图进一步详细描述本发明，在附图中：

[0041] 图1示出了本发明的第一优选实施方式的侧视图；

[0042] 图2示出了图1中的实施方式的俯视图；

[0043] 图3a至图3b示出了片簧固定装置的实施方式；

[0044] 图3c示出了与图1中的实施方式相关使用的接触装置；

[0045] 图4示出了本发明的第二优选实施方式的侧视图；

[0046] 图5示出了图4中的实施方式的俯视图；以及

[0047] 图6示出了与图4中的实施方式相关使用的悬臂形弹簧。

[0048] 尽管本发明易于进行各种修改和另选形式，但是在附图中以实施例的方式示出了具体实施方式，并且将在本文中详细描述这些具体实施方式。然而，应该理解，本发明并不限于所公开的具体形式。相反，本发明将覆盖落入由所附权利要求限定的本发明的实质和范围内的所有修改、等同物和另选方案。

具体实施方式

[0049] 在其最广泛的方面，本发明涉及一种具有简单、紧凑和稳健设计的塔架振动阻尼器。本发明的塔架振动阻尼器可以有利地安装在例如风轮机塔架中，因为本发明的塔架振动阻尼器使得维护人员在与风轮发电机的维护或故障相关而进入机舱时能够旁经振动阻尼器。

[0050] 由于涡激振动在安装机舱之前最为明显，因此可以在风轮机塔架的运输和/或存储期间在风轮机塔架中安装和操作本发明的塔架振动阻尼器。塔式振动阻尼器可以在组装起风轮机之后拆除并再用在另一塔架中。另选地，本发明的塔架振动阻尼器可在其操作寿命期间保持安装在风轮机塔架中。

[0051] 现在参考图1，描绘了本发明的塔架阻尼器100的第一优选实施方式的侧视图。图1示出了悬挂在三根线材103、104、105中的圆柱形摆结构101。根据所需的阻尼性能和风轮机塔架的尺寸，摆结构的重量可以在3至10吨的范围内。通常，摆结构101的重量约为6至7吨。线材103、104、105的长度设定振动阻尼器的固有频率。因此，通过改变线材103、104、105的长度，可以变更振动阻尼器的固有频率，从而根据具体需求调整振动阻尼器的固有频率。

[0052] 在本申请中，术语“线材的长度”指的是线材的可自由摆动的长度，即供线材附接到塔架结构的悬架与摆结构之间的距离或悬架与摆结构之间的中间固定装置与摆结构之间的距离。悬架和中间固定装置的共同之处在于，线材至少相对于横向位移是固定的。线材可以在悬架或中间固定装置下方成角度地移动，从而允许摆结构摆动。

[0053] 在图1中描绘的第一优选实施方式中，可以通过上下移动夹具106、107、108形式的相应的线材固定装置或调谐装置来变更线材103、104、105的长度。振动阻尼器的固有频率被调谐以匹配风轮机塔架的固有频率，风轮机塔架的固有频率通常低于1Hz，例如在0.8Hz至0.9Hz之间。通常调节三根线材103、104、105的长度以符合具体要求。通常，长度在1米到3米之间。在阻尼操作期间，摆结构101通常以最大+/-200mm的幅度侧向移动。

[0054] 如图1中描绘的，当塔架阻尼器100可操作时，摆结构101至少部分地定位在腔室102中，腔室102盛装阻尼液体116。摆结构101至少部分地浸入该阻尼液体中，以便阻尼摆结构的运动。阻尼液体可以包括合适的阻尼油，例如Texaco Way Lubricant x320，Exxon Mobilgear 600XP 320或Uno Vibration Absorber 320。

[0055] 如在图1中看到的，呈扁平弹簧元件形式的片簧109、110在点113、114、115处固定至摆结构。在每个片簧109、110的中心处或附近，设置呈弹簧加载辊111、112形式的接触装置。当摆结构101处于其中性位置时，每个片簧109、110处于松弛状态。

[0056] 本发明的塔架振动阻尼器适于安装在竖直风轮机塔架内尽可能高的位置。通常，塔架振动阻尼器安装在竖直风轮机塔架的上1/3内将提供塔架振动的有效阻尼。

[0057] 现在参考图2，描绘了第一优选实施方式200的俯视图。如结合图1所提到的，圆柱形摆结构208至少部分地定位在具有外边界202、内边界201和底部203的腔室中。腔室的外边界202可由塔架壁形成。摆结构208以及腔室具有贯通开口215。在要维护或修理风轮发电机的情况下，该贯通开口215可由维护人员用作穿过振动阻尼器的简单且安全的通道。如已经提到的那样，腔室至少部分地填充有合适的阻尼油(未示出)，摆结构至少部分地浸入到该阻尼油中。

[0058] 如在图2中看到的，总共六个片簧204在摆结构208内形成六边形结构。这六个片簧经由连接器209、210、211、212、213固定至摆结构208，结合图3a更详细地公开这方面。摆结构208适于在连接器212、213、214处悬挂在线材装置中(参见图1)。

[0059] 只要摆结构201处于其中性位置，每个片簧204就处于松弛状态。呈弹簧加载辊207形式的接触装置可以仅接触腔室的内边界201而不施加显著的力。

[0060] 如果摆结构201摆动离开其中性位置，则一些弹簧加载辊207将与腔室的内边界201接触，并且其余的弹簧加载辊将不与腔室的内边界201接触。经由弹簧加载辊207与腔室的内边界201接触的片簧204向内边界201施加力，该力将摆结构201推回到其中性位置。

[0061] 结合图3c更详细地公开了弹簧加载辊207。为了实现全方向独立复合刚度，六个片簧的特性是相似的，并且它们也均匀地分布在摆结构208周围。

[0062] 为了限制摆结构208的摆动幅度并且不损坏摆结构本身或片簧204，在摆结构208和每个片簧204之间设置弹性缓冲装置205、206。缓冲装置205、206可以以各种方式实施，例如橡胶材料。

[0063] 每个片簧均可以包括多个单独叶片，这些叶片被堆叠以形成最终的片簧。可根据诸如所需的刚度、阻尼、固有频率之类的具体要求选择单独叶片的数量。在图1和2中所示的第一优选实施方式中，六个单独的弹簧堆叠以形成六个片簧中的每一者。弹簧材料可以是超高强度的板材料或普通商用弹簧钢，例如UHS/Weldox 1300板。然而，应该注意的是，通常选择单独弹簧的数量和尺寸从而满足所需的刚度，以便获得摆结构所需的阻尼特性。

[0064] 图3a示出了两个片簧301、302可以如何借助片簧固定装置相互连接并固定至摆结构311。图3a中所示的片簧固定装置包括框架结构，该框架结构具有顶部307，顶部307适于经由连接器310悬挂在线材装置中。每个片簧(例如301)布置在两个框架部分303、305之间以及两个可旋转辊304(只有一个是可见的)之间，可旋转辊304由相应的销308、309保持在适当位置。销308、309由锁定板306锁定就位。图3a中所示的片簧固定装置有助于当压力施加至片簧301、302时允许片簧301、302稍微弯曲。

[0065] 图3b示出了借助片簧固定装置将两个片簧320、321相互连接并将它们固定至摆结构322的另一种方式。类似于图3a，图3b中所示的片簧固定装置包括框架结构，该框架结构具有适于悬挂在线材装置(未示出)中的顶部334。片簧320布置在两个框架部分323、332之间以及两个可旋转辊325之间(只有一个可见)，可旋转辊325借助相应的销326、327保持就位。销326、327被相应的锁定板锁定就位。片簧321布置在两个框架部分324、330之间，并且被允许经由安装件329、330绕辊328枢转。辊328被销331保持就位。销331被锁定板锁定就位。图3b中所描绘的布置是有利的，因为悬架的左侧起到销钉悬架的作用，使悬架能够由于片簧321的偏转而枢转。左侧的销钉连接也防止片簧321在纵向方向上平移。图3b中所描绘的布置的右侧起滚动支撑件的作用，能够容纳这是由于片簧的中心偏转以及片簧320的端部的角偏转引起的片簧320的端部的两种局部平移。角偏转也源于片簧在其中心处的偏转。内辊(现在示出)防止卸载的片簧脱落。

[0066] 图3c示出了辊模块形式的接触装置，其定位在每个片簧312的中心处或附近。辊模块包括框架结构315和安装板318，片簧312夹在其间。可旋转辊313围绕销316安装，销316被锁定板317锁定就位。一对弹簧元件314、319确保在由进行圆弧移动的摆结构的位移引起竖直平移之后辊313返回到其中性位置。

[0067] 现在转到图4，描绘了本发明的第二优选实施方式400。类似于图1至图3中描绘的第一优选实施方式，摆结构401至少部分地定位在腔室402中，腔室402还包含合适的阻尼油412，摆结构401至少部分地浸入到该阻尼油中。摆结构悬挂在线材装置403、404中，线材装置403、404经由相应的连接器408、409固定至摆结构401。这些线材403、404的长度设定振动阻尼器的固有频率。因此，通过改变线材403、404的长度，可以变更振动阻尼器的固有频率，从而根据具体需求调整振动阻尼器的固有频率。可以通过上下移动夹具405、406形式的相应的线材固定装置或调谐装置来变更线材403、404的长度。

[0068] 如在图4中看到的，多个呈悬臂弹簧形式的弹簧407布置在腔室402与摆结构401之间。每个悬臂弹簧407均在其一个端部410处固定至腔室的外边界，而悬臂弹簧407的相对端部411在摆结构401的中性位置邻接摆结构401而不固定至摆结构401。因此，当摆结构401移位时，悬臂弹簧407与摆结构401接触的自由端411滑过摆结构401的外表面。图6中更详细地公开了悬臂片簧407的实施。

[0069] 图5示出了本发明的第二优选实施方式500的俯视图。在图5中，圆柱形摆结构504至少部分地定位在具有外边界502、内边界501和底部503的腔室中。腔室的外边界502可以由塔架壁形成。类似于第一优选实施方式，摆结构504以及腔室具有贯通开口511。在要维护或修理风轮发电机的情况下，该贯通开口511可由维护人员用作穿过振动阻尼器的简单且安全的通道。如已经提到的那样，腔室至少部分地填充有合适的阻尼油(未示出)，摆结构至少部分地浸入到该阻尼油中。摆结构504适于在连接器508、509、510处悬挂在线材装置中。

[0070] 总共十二个悬臂弹簧506在一个端部507处固定至腔室的外边界502。各个悬臂弹簧506的相反端部适于抵接摆结构504的外表面并因此响应于摆结构504的位移而滑过摆结构504的外表面。另选地，对于每个悬臂弹簧506，可以将贯通插入件512结合到摆结构504中。相应悬臂弹簧506的自由端适于抵接相应插入件512并在相应插入件512上滑动。

[0071] 图6示出了与本发明的第二实施方式结合使用的悬臂弹簧600的两个实施例。如图6中描绘的，悬臂弹簧600由两个部分601、602形成。上部分602适于使用夹板603固定至腔室，而下部分601适于作为弹性部件，因为其下端适于抵接并滑过摆结构的外表面。每个悬臂弹簧600均可以包括多个单独的叶片，这些叶片被堆叠以形成最终的悬臂弹簧600。可以根据具体要求来选择单独叶片的数量。弹簧材料可以例如是UHS/Weldox 1300板。

[0072] 可以在悬臂弹簧600的下端设置青铜垫604形式的低摩擦滑块，以减小悬臂弹簧600和摆结构504之间的摩擦。另选地，形成悬臂弹簧600的各个叶片605中的一者可以延伸并略微弯曲以减小摩擦。