[發(fā)明專利]一種具有調(diào)諧、碰撞雙重作用的盆式顆粒減振器

在審

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• 申請日: 2016-01-20
• 公開（公告）號: CN105443634A
• 公開（公告）日: 2016-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮又全
• 申請（專利權(quán)）人: 上海風(fēng)暢土木工程技術(shù)有限公司
• 主分類號: F16F7/01
• 分類號: F16F7/01;F16F7/10
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)工程振動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有調(diào)諧、碰撞雙重作用的盆式顆粒減振器。

背景技術(shù)

人類對傳統(tǒng)化石能源的大量消耗使得能源和環(huán)境問題日益凸顯，風(fēng)力發(fā)電是解決該問題的有效措施之一。為獲得更大的電力生產(chǎn)能力，風(fēng)電機組輪轂高度不斷增加，并向風(fēng)能資源豐富的海上發(fā)展。風(fēng)電機組輪轂高度的增加使得塔架振動問題越來越突出，而海上風(fēng)電機組塔架在風(fēng)、浪、流以及冰振等多重動力作用耦合作用下，振動問題更加嚴(yán)峻。塔架振動引起塔架、機艙結(jié)構(gòu)及其連接部件產(chǎn)生疲勞作用，并影響風(fēng)機運行質(zhì)量、降低結(jié)構(gòu)和設(shè)備的使用壽命。若通過加大構(gòu)件截面尺寸或提高材料的強度等級等來增加結(jié)構(gòu)的抗力，則很不經(jīng)濟。調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（TMD）對減小高聳結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)的有效性已經(jīng)被很多學(xué)者驗證，但是由于大型風(fēng)電機組的一階模態(tài)質(zhì)量一般高達數(shù)百噸，TMD系統(tǒng)的質(zhì)量達到一階模態(tài)質(zhì)量的2%以上時才會取得比較顯著的減振效率，且存在減振頻寬窄、質(zhì)量塊運動幅度大、加重工程結(jié)構(gòu)負擔(dān)等缺點。由此可見，TMD系統(tǒng)的質(zhì)量及所需安裝空間較大，而風(fēng)機塔筒內(nèi)設(shè)有電纜、安全繩索、爬梯、平臺等配件，機艙內(nèi)有齒輪箱、發(fā)電機、剎車裝置等設(shè)備，輪轂轉(zhuǎn)動、葉片變槳距、機艙偏航、風(fēng)浪耦合等因素使得塔架具有較大的諧振帶寬，普遍用于民用高聳結(jié)構(gòu)的TMD減振裝置在風(fēng)電機組塔架上并不具有安裝可行性和理想的減振效率。

顆粒阻尼技術(shù)作為一種新型的耗能減振控制技術(shù)，具有對原結(jié)構(gòu)體系影響小、附加質(zhì)量小、減振頻帶寬、多維控制能力好等優(yōu)點。工程結(jié)構(gòu)振動時，引起阻尼顆粒起振后，通過阻尼顆粒之間、顆粒與容器之間的碰撞、摩擦以達到耗能減振的效果。然而已有的顆粒阻尼器顆粒多層堆疊，限制了顆粒多方向滾動或滑動、摩擦和碰撞的幾率，未能最大程度發(fā)揮顆粒阻尼器的效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有調(diào)諧、碰撞雙重作用的盆式顆粒減振器。

本發(fā)明所提出的盆式調(diào)諧、碰撞顆粒減振器可以安裝在風(fēng)電塔的機艙頂部、內(nèi)部或塔頂內(nèi)平臺上。

本發(fā)明提出的具有調(diào)諧、碰撞雙重作用的盆式顆粒減振器，由容器1、鋼球2、液體3、蓋板4和連接螺栓5組成，其中：所述容器1為圓柱體結(jié)構(gòu)，由底面6和側(cè)壁7連成一體，容器1頂部外圍設(shè)有一圈上法蘭盤9，底部外圍設(shè)有一圈下法蘭盤8，所述下法蘭盤8和上法蘭盤9與容器１連成一體，下法蘭盤8和上法蘭盤9的圓周上均布有若干個螺栓孔10；容器1內(nèi)布置有若干個鋼球2和液體3；容器１頂部蓋有蓋板4，所述蓋板４與上法蘭盤９通過連接螺栓5連接；所述容器１底部固定于工程結(jié)構(gòu)11上，下法蘭盤8通過連接螺栓固定于工程結(jié)構(gòu)11上；所述底面6采用單一曲率球面或多曲率復(fù)雜曲面，為盆形；其曲面曲率和鋼球2半徑根據(jù)工程需要設(shè)計，可使鋼球2在容器1內(nèi)振動頻率、液體3在容器１內(nèi)振蕩頻率與工程結(jié)構(gòu)11振動基頻吻合，以達到調(diào)諧的效果；容器1隨工程結(jié)構(gòu)11振動，鋼球2和液體3受慣性作用與工程結(jié)構(gòu)11運動相反，產(chǎn)生與工程結(jié)構(gòu)11運動方向正好相反的慣性力，若干個鋼球2之間發(fā)生相互摩擦與碰撞，鋼球2與容器的側(cè)壁7發(fā)生摩擦與碰撞，在慣性力、摩擦與碰撞共同作用下形成對工程結(jié)構(gòu)11減振和耗能的效果。

本發(fā)明中，當(dāng)采用多組盆式顆粒減振器時，所述容器１自上而下依次堆疊，連接螺栓5依次穿過位于上方的容器的下法蘭盤8和與之相鄰的位于下方的容器的上法蘭盤9，使相鄰的兩個容器1相互連接，依次類推，使多個容器連為整體；位于頂層的容器1頂部通過蓋板4封頂，所述蓋板４通過連接螺栓5與位于頂層的容器1上的上法蘭盤9連接；所述位于底層的容器１的底部固定于工程結(jié)構(gòu)11上，下法蘭盤8通過連接螺栓固定于工程結(jié)構(gòu)11上。

本發(fā)明中，單個容器1為扁平圓柱狀，采用輕質(zhì)高強材料一體成形，下法蘭盤8、上法蘭盤9對側(cè)壁起到加強作用，底面6為單一曲率球面或多曲率復(fù)雜曲面，貌似盆形。其減振效果由鋼球2的調(diào)諧慣性力和相互碰撞提供，故名盆式調(diào)諧、碰撞顆粒減振器。

本發(fā)明中，所述容器1采用玻璃鋼、金屬合金、PVC或聚氨酯塑料等輕質(zhì)高強材料中任一種制成，根據(jù)設(shè)計需要容器1內(nèi)部可加內(nèi)襯或設(shè)置不同的摩擦系數(shù)。

本發(fā)明中，所述球面容器1底面設(shè)計為曲面，可增加鋼球碰撞幾率，也可確保振動之后鋼球回到底面平衡位置，曲面曲率根據(jù)設(shè)計需要確定，底面可為單一曲率球面，也可為多曲率復(fù)雜曲面。

本發(fā)明中，所述容器1內(nèi)布置若干個鋼球，根據(jù)設(shè)計需要，鋼球半徑、表面粗糙度可以不同。

本發(fā)明中，所述容器直徑可根據(jù)風(fēng)機內(nèi)平臺爬梯孔和機艙吊孔尺寸確定，確保減振器可通過風(fēng)機塔架內(nèi)部爬梯或機艙吊物孔運送至需要安裝的位置。