[發(fā)明專利]一種利用半主動調(diào)頻PTLCD控制保護(hù)的海上風(fēng)力發(fā)電高塔

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011289594.4
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112554359B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳建兵;宋玉鵬;彭勇波;李杰
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98;E04H9/14;F03D13/25
• 代理公司: 上海科律專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

一種利用半主動調(diào)頻PTLCD控制保護(hù)的海上風(fēng)力發(fā)電高塔，特征是，在一般海上風(fēng)力發(fā)電塔筒頂部安裝一個PTLCD，同時配備結(jié)構(gòu)振動加速度測量儀、數(shù)據(jù)采集器、氣壓測量儀、氣泵和可編程控制器；在可編程控制器運(yùn)行兩個軟件模塊：利用加速度測量儀測量塔頂振動加速度時程，并將數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)采集器中，可編程控制器將對數(shù)據(jù)采集器存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉分析，從而得到當(dāng)前塔筒振動基頻。基于上述頻率測量分析模塊得到的當(dāng)前塔筒振動基頻，可編程控制器得到最優(yōu)控制效果下的PTLCD中兩端空氣柱的氣壓P₀。同時，兩個氣壓測量儀可以分別測得PTLCD中當(dāng)前的壓強(qiáng)，分別記為P₁和P₂，其均值記為P_m，并記ΔP＝P₀?P_m。當(dāng)ΔP＞0時，氣泵將分別向PTLCD兩端氣柱中增壓ΔP；當(dāng)ΔP＜0時，氣泵將分別向PTLCD兩端氣柱中減壓|ΔP|。

技術(shù)領(lǐng)域

海上風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

海上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在服役期間由于受到風(fēng)荷載和波浪荷載等動力激勵而發(fā)生結(jié)構(gòu)振動。在上述激勵的長期作用下，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的主要支撐構(gòu)件——塔筒將會產(chǎn)生疲勞累積損傷。當(dāng)疲勞損傷累積到一定程度時，風(fēng)力機(jī)塔筒將會達(dá)到疲勞極限而發(fā)生破壞。即使塔筒在服役期間沒有達(dá)到疲勞極限，也有可能由于累積疲勞損傷而無法抵抗極端環(huán)境荷載，從而發(fā)生結(jié)構(gòu)失效。因此，對風(fēng)力機(jī)塔筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動控制，降低風(fēng)力機(jī)塔筒的疲勞荷載具有十分重要的意義。

在風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)的振動控制中，調(diào)諧柱狀液體阻尼器(TLCD)由于安裝維護(hù)方便、價格低廉、減振效率較高等優(yōu)點(diǎn)而受到關(guān)注。常見的TLCD為兩端開口且裝有一定體積水的U型水箱，在水箱水平段中部安裝有開孔的隔板，隔板會對運(yùn)動的液體產(chǎn)生阻尼力。在利用TLCD對風(fēng)力機(jī)塔筒進(jìn)行振動控制時，為了達(dá)到最佳減振效果，需要使TLCD中液體運(yùn)動頻率等于風(fēng)力發(fā)電高塔的振動基頻^[1]。由于上述TLCD的液體運(yùn)動頻率由水柱總長度決定，因此在設(shè)計(jì)TLCD時需要根據(jù)上述原則確定TLCD的長度^[1]。

但是，根據(jù)已有研究結(jié)果^[2]，海上風(fēng)力發(fā)電高塔在服役期間由于侵蝕、疲勞等損傷而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)振動頻率降低。尤其是海上固定式風(fēng)力發(fā)電高塔，基礎(chǔ)在長期沖刷和循環(huán)荷載作用下剛度將發(fā)生明顯改變。因此，在對海上風(fēng)力發(fā)電高塔進(jìn)行服役期間的長期振動控制時應(yīng)當(dāng)考慮結(jié)構(gòu)頻率隨時間發(fā)生變化這一現(xiàn)象。顯然，采用上述TLCD難以滿足這一要求。事實(shí)上，在土木工程建筑和橋梁領(lǐng)域，有學(xué)者將上述TLCD進(jìn)行了拓展，將兩端開口的TLCD進(jìn)行密封處理，并向其內(nèi)部施加氣壓，這種形式的TLCD被稱為氣壓調(diào)節(jié)的TLCD(PTLCD)^[3]。PTLCD中的液體運(yùn)動頻率ω的表達(dá)式為^[3]

式中，g為重力加速度；L為PTLCD中液柱長度，P₀為PTLCD中氣壓；ρ_w為液體密度；h為PTLCD中氣柱長度。

參考文獻(xiàn)：

[1]Alkmim MH,Morais MVGD,Fabro AT.Vibration reduction of windturbines using tuned liquid column damper using stochastic analysis.Journalof Physics:Conference Series,2016,744:012178.

[2]Fitzgerald B,Basu B.Structural control of wind turbines with soilstructure interaction included.Engineering Structures,2016,111:131-51.