[發明專利]一種風力發電機的塔筒減振結構及其參數設計方法

在審

• 申請號: 202110041355.5
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN112878522A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 趙東亞;劉俊;伊布·弗雷登達爾;周青;馬武興;郭增平;譚觀明
• 申請（專利權）人: 遠景能源有限公司;水發興業能源（珠海）有限公司
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98;E04H12/00;E04H9/14
• 代理公司: 上海智晟知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 張瑞瑩;李鏑的

本發明公開一種風力發電機的塔筒減振結構，包括阻尼質量塊,呈圓周均勻分布的多個彈簧，以及底板，其中，彈簧的一端連接至所述阻尼質量塊，另一端連接至塔筒內壁；底板用于支撐阻尼質量塊，且底板與阻尼質量塊的底面之間的摩擦系數根據阻尼質量塊保持靜止狀態時的塔筒振動幅度的上限確定。同時提供該減振結構的設計原理，以及關鍵參數的計算方法。

技術領域

本發明涉及風力發電機領域，特別涉及一種風力發電機的塔筒減振結構及其參數設計方法。

背景技術

隨著風力發電技術的發展，風力發電機向著大型化發展，目前已有兆瓦級的大型風力發電機投入使用。對于大型風力發電機而言，隨著葉輪直徑和塔筒高度的增加，塔筒頻率逐漸降低，在停機場景下很容易發生渦激共振，對塔筒疲勞壽命造成嚴重威脅。對海上風機而言，在風和浪不同向時，波浪載荷也會激起風機側向共振，引起疲勞損傷。

為了減小塔筒振動，需要對塔筒進行減振，目前，風力發電機塔筒減振多采用調諧減振的方式，當塔筒發生大幅共振時，采用調頻阻尼器抑制塔筒的振動。

但是現有的減振結構的結構復雜，或占用空間大，成本較高，且無法根據塔筒結構特性進行快捷調頻，阻尼效果較差，在正常工作時的小幅振動下，阻尼器也一直處于晃動狀態，導致阻尼器結構磨損、縮短使用壽命。

發明內容

針對現有技術中的部分或全部問題，本發明一方面提供一種風力發電機的塔筒減振結構，包括：

阻尼質量塊；

彈簧系統，包括呈圓周均勻分布的多個彈簧，其中任一彈簧的一端連接至所述阻尼質量塊，另一端連接至塔筒內壁；以及

底板，其固定于塔筒平臺或塔筒內壁上，用于支撐所述阻尼質量塊，且所述底板與阻尼質量塊的底面之間的摩擦系數根據所述阻尼質量塊保持靜止狀態時的塔筒振動幅度的上限確定。

進一步地，所述彈簧的水平度為可調節的。

進一步地，所述塔筒減振結構還包括阻尼器，其水平布置，一端連接至所述阻尼質量塊，另一端連接至塔筒內壁，與所述多個彈簧一一對應。

進一步地，所述塔筒減振結構還包括限位緩沖墊，其設置于塔筒內壁，對應于所述彈簧和/或阻尼器與塔筒內壁的連接點。

本發明另一方面提供一種風力發電機的塔筒減振參數設計方法，包括：

根據預設閾值以及阻尼質量塊的質量，確定彈簧的水平度及個數，以及阻尼質量塊與底板之間的摩擦系數，并進行配置，其中，所述預設閾值是指使得阻尼質量塊靜止的最大塔筒振動幅度。

本發明提供的一種風力發電機的塔筒減振結構及其參數設計方法，其能有效減小塔筒共振，通過調節所述彈簧的水平度及數量，還可實現調頻，以滿足不同機型的需求；根據需求，選取合適摩擦特性的材料布置于所述阻尼質量塊與底板之間，使得在微幅晃動，例如風力發電機正常工作引起的結構振動時，阻尼質量塊及阻尼器由于摩擦力作用保持靜止，而幅值增大達到預設閾值后，所述塔筒減振結構啟動進入工作狀態，以減小振動對塔筒結構的影響，這基于發明人的如下洞察，發明人通過研究發現，通過設置阻尼質量塊的界面上的摩擦系數，可以設置其靜摩擦力的上限(即剛好使阻尼質量塊發生移動的摩擦力)；由于靜摩擦力大于動摩擦力，因此通過靜摩擦力可以對靜摩擦力的上限以下的振動力均進行最大限度的減振吸收并保持相對靜止，從而實現了比動摩擦力更好的減振范圍和減振效果。彈簧系統的設置使得所述塔筒減振結構不受振動方向的影響，而是對任意水平振動方向均有阻尼效果，尤其適用于海上風力發電機風、浪不同向時的場景。相較于液體阻尼器而言，其質量密度大，單位質量阻尼效果更優，且結構緊湊，占用空間相對較小。

附圖說明