[發明專利]用于風機結構面外振動控制的調諧質量阻尼器

在審

• 申請號: 202010921986.1
• 申請日: 2020-09-04
• 公開（公告）號: CN112081864A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 朱本瑞;黃焱
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F16F15/02
• 分類號: F16F15/02;F16F15/023;F16F15/067;F03D80/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本發明涉及一種用于風機結構面外振動控制的調諧質量阻尼器，包括彈簧阻尼系統和撬體，彈簧阻尼系統連接在風機機艙前部與撬體之間，所述彈簧阻尼系統包括剛性連接桿、剛性連接板、螺旋彈簧和粘滯阻尼器，所述剛性連接桿一端固定于風機機艙前部，另一端通過剛性連接板與所述螺旋彈簧的一端和所述粘滯阻尼器的一端固定連接，所述螺旋彈簧和所述粘滯阻尼器的另一端與撬體相連，構成被動式調諧質量阻尼器；所述撬體的整體作為被動式調諧質量阻尼器的質量塊，內置包括齒輪箱、剎車盤和發電機在內的風機機艙內部設備。

技術領域

本發明涉及一種被動式調諧質量阻尼器(Tune mass damper，TMD)，用于控制水平軸式風機結構面外方向(水平軸向)的振動，屬于風電技術領域。

背景技術

風機依靠巨大的葉片將空氣動能轉化為機械能進而帶動發電機發電，其葉片在面外方向(垂直于葉片旋轉平面方向)承受較大的風載荷，是風機結構發生振動的主要載荷來源。由于風機葉片在面內方向(葉片旋轉平面方向)承受的風載荷較小，造成了風機基礎結構具有面外振動水平遠大于面內的振動特征。為保障風機結構的安全平穩運行，尤其是服役環境更加惡劣的海上風機，需要對風機結構面外方向(主振動方向)的振動進行必要的控制。

目前，安裝TMD是實現對風機結構振動控制的主要手段。根據TMD的工作原理，可將其分為被動式、半主動式和主動式系統，其中被動式TMD系統因其結構簡單、反應靈敏、成本低而在土木工程結構廣泛應用。然而，常規被動式TMD系統很難在風機結構上應用，這是由于：(1)風機機艙內部空間狹小，難以容納TMD的質量塊，使得TMD系統無法在機艙內部安裝；(2)塔筒頂部雖然具備一定的安裝空間，但安裝于塔頂內部的TMD無法隨風機偏航轉動而轉動，一旦當風機葉片旋轉平面跟隨風向發生改變時(為了最大程度的捕獲風能，具有偏航系統的風機始終會保持風機葉片旋轉平面與風向垂直)，無法有效對風機主振動方向進行有效控制，且將TMD安裝于塔頂內部會影響人員進入機艙內部進行檢修，工程應用可行性較差。

為保證被動式TMD的振動控制方向始終于與風機葉片面外方向一致，解決安裝于風機機艙內部的工程難題，本發明利用機艙內部設備的質量，設計了一種可滿足風機面外方向振動控制的調諧質量阻尼器。

發明內容

本發明提供一種利用風機機艙內部質量作為TMD質量塊的被動式調諧質量阻尼器，為水平軸式風機結構的面外方向振動控制提供了一種可行的方案。本發明通過以下技術方案實現的：

一種用于風機結構面外振動控制的調諧質量阻尼器，包括彈簧阻尼系統和撬體，彈簧阻尼系統連接在風機機艙前部與撬體之間，其特征在于：

所述彈簧阻尼系統包括剛性連接桿、剛性連接板、螺旋彈簧和粘滯阻尼器，所述剛性連接桿一端固定于風機機艙前部，另一端通過剛性連接板與所述螺旋彈簧的一端和所述粘滯阻尼器的一端固定連接，所述螺旋彈簧和所述粘滯阻尼器的另一端與撬體相連，構成被動式調諧質量阻尼器；

所述撬體的整體作為被動式調諧質量阻尼器的質量塊，內置包括齒輪箱、剎車盤和發電機在內的風機機艙內部設備。

優選地，所述的調諧質量阻尼器還包括用以鎖緊撬體的導向鎖緊梁和鎖緊機構，鎖緊機構包括液壓缸、活塞桿和鎖緊插頭，固定于導向鎖緊梁上方，鎖緊機構與固定于撬體頂部的導向鎖緊梁配合工作；導向鎖緊梁包括導向梁、剛性圓柱體和鎖緊孔，導向梁關于剛性圓柱體對稱布置，其長度大于撬體最大運動幅值的一半，剛性圓柱體內部開有鎖緊孔，鎖緊孔端部設置有利于鎖緊插頭順利插入的倒角，液壓缸用于在需要鎖緊時驅動活塞桿伸長，使得鎖緊插頭插入鎖緊孔。

所述的調諧質量阻尼器還包括軸向限位器，所述軸向限位器由軸向限位擋板和粘滯碰撞層組成，所述軸向限位擋板用于限制撬體發生大幅度滑動；所述粘滯碰撞層可以吸收所述撬體撞擊所述軸向限位擋板的能量，起到保護所述軸向限位器和增加耗能的作用。

所述的調諧質量阻尼器還包括側向限位器，所述側向限位器布置于所述撬體兩側。