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CN115053083A - 用于阻尼低激励频率的自适应振动减震器 - Google Patents

用于阻尼低激励频率的自适应振动减震器 Download PDF

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CN115053083A
CN115053083A CN202180014971.XA CN202180014971A CN115053083A CN 115053083 A CN115053083 A CN 115053083A CN 202180014971 A CN202180014971 A CN 202180014971A CN 115053083 A CN115053083 A CN 115053083A
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FM Energie GmbH and Co KG
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Abstract

本发明涉及一种新型的振动减震器，其尤其适合于阻尼低频率的振动，并且因此优选地可以在建造或设立高而细长的结构(如风力设备的塔架)时用作架设减震器。本发明尤其涉及一种摆式振动减震器，其具有第一摆和第二摆，在所述第一摆处固定有质量，所述第二摆由不同实施的弹簧式支撑装置形成并利用气体‑空气体积如此运行，使得借助于该支撑装置可以适配和调整振动系统的频率。

Description

用于阻尼低激励频率的自适应振动减震器
技术领域
本发明涉及一种新型的可适应频率的振动减震器，其尤其适合于阻尼<2Hz、尤其<1Hz、优选地<0.5Hz的不同振动，并且因此优选地可以在建造或设立高而细长的结构(如风力设备的塔架)时用作架设减震器，但也可以用作永久减震器。
本发明尤其涉及一种摆式振动减震器，其具有第一摆和第二摆，在所述第一摆处固定有振动质量，所述第二摆由不同实施的弹簧式支撑装置形成并利用气体-空气体积如此运行，使得借助于支撑装置可以影响质量的重力并因此适配和调整振动系统的频率。
背景技术
高而细长的结构通常受到不同的力，所述力引起不同的振动状态，由此必须阻尼不同的频率。这尤其在架设高而细长的结构时是这种情况。高而细长的结构(例如由塔架、机舱和转子叶片组成的风力设备)的建造可能容易地花费更长的时间段，使得由天气引起的或出于其它原因出现的激发状态可导致处于建造中的设备的不期望的振动。
如此，例如风力设备的塔架单独具有直到约0.6Hz的固有频率。而完全架设的风力设备具有仅还少于0.15Hz的固有频率。这样的低频率通常不可以利用具有其较重的质量以及摆绳或摆杆的常见长度的常见摆式振动减震器实现，或者仅可以在较大的耗费的情况下实现。
为了实现较小的频率存在如下可能性：让质量在径向布置的弹簧之间来回滚动。这可以在一个方向上利用滚动车(Rollwagen)且在两个方向上利用球式滚子(Kugelrolle)实现。然而，为此必须改变或适配径向弹簧的刚度，这与一些耗费相关联。而如果在振动减震器中使用常规摆，则为了达到小于0.15Hz的频率所需的摆长度已经超过11m，这在实践中仅可以在较大的耗费和空间需求的情况下实现。
解决振动阻尼器中如此低频率的另一个可能性是使用脉冲阻尼器。然而，这些脉冲阻尼器需要大约三倍于摆式减震器的质量，并且必须在滑轮上运动以实现较小的频率，这将需要使用易磨损的球式滚子。此外，针对这些较小的频率，这样的脉冲减震器必须精确地在水平方向上定向，这在实践中仅可以有条件地实现，因为不能总是避免会显著破坏功能的倾斜位置。因为在较小的频率中仅实现或存在较小的加速度，所以利用脉冲阻尼器不能如利用摆锤式减震器通常情况那样如此程度地减少振动。
因此存在如下目的：提供一种用于足够大质量但具有尽可能小的振动路径的振动减震器，其能够解决和阻尼2Hz以下、优选地0.5Hz以下的可变低频率。
发明内容
该目的通过提供一种摆式振动减震器来实现，在其中，根据本发明，在摆运动期间，摆质量的重力可以通过专门开发的支撑弹簧元件客观地或相对地减少或增加，并且因此可以有针对性地适配于振动系统的固有频率。
摆由于作用于质量的万有引力而起作用。由万有引力引起的重力越高，(在摆长相同的情况下)固有频率就越高。同样，摆长越短，在质量(重力)相同的情况下频率就越高。为了减少一定的摆质量的重力，需要的是，在整个振动路径上在其它力的最小影响的情况下使质量连续上升，以使重量减负载。因此，可以实现振动系统的固有频率的选择性降低。根据本发明，这通过从下方或必要时从上方作用于摆质量的反摆实现，如接下来描述的那样。相反，在需要时也可以借助于根据本发明的摆式振动减震器增加摆式振动质量的重力，以便有针对性地提高振动系统的固有频率。
因此，根据本发明的摆式振动减震器能够可控制地调整到振动系统的相应固有频率上，尤其在高而细长的结构的情况下，其中尤其地，<2Hz、例如在0.15至1.5Hz之间的频率是重要的。
本发明的主题因此是一种自适应摆式振动减震器，其用于可适配地阻尼高而细长的结构中出现的<2Hz、优选地<1.5Hz的低频率的振动，该摆式振动减震器包括：
(i) 具有长度(4.1)的在不运行状态下垂直地布置的至少一个第一摆杆(4)，该第一摆杆以其一端经由铰接部(4.2)直接地或经由载体元件(6)与待阻尼的结构连接，
(ii) 具有长度(5.1)的在不运行状态下垂直地布置的至少一个第二摆杆(5)，该第二摆杆完全地或部分地布置在第一摆杆(4)下面或在其上面，并且以其一端经由铰接部(5.3)直接地或经由载体元件(6)与待阻尼的结构连接，
其中，所述第一摆杆(4)在其自由端(4.3)处经由共同的可自由运动的铰接部(4.3)(5.2)直接地或间接地与第二摆杆(5)的自由端(5.2)连接，
(iii) 振动质量(1)，该振动质量固定在第一摆杆(4)处，使得在力作用于质量(1)时使两个摆杆(4)(5)一起运动，以及
(iv) 加载压力且压力受控的支撑装置(7)，该支撑装置能够通过上升或下降或者减负载或加负载来增加或减少振动质量(1)的重力，并且如此可以有针对性地实现频率变化，其中，支撑装置是第二摆杆(5)的整体的组成部分，或者支撑装置作为摆杆起作用。
在本发明的一个优选的实施形式中，支撑装置(7)通过处于压力下的气体-/空气体积(7.6)运行，其中，压力如此选择，使得压力引起振动质量(1)的一定的重力变化，即，使该振动质量上升或下降或者减负载或加负载一定的量。气体-空气体积(7.6)处于气体-/空气容器(7.5)中，该气体-/空气容器是支撑装置的整体的组成部分，或者但如果为此的可用体积在单独的容器中是不足够的，则装设在实际的支撑装置(7)外。在后一种情况下，单独的容器通过相应的线路/软管(7.10)(7.14)(7.15)(7.17)(7.18)与实际的支撑装置(7)连接。
根据本发明，支撑装置优选地是空气弹簧元件(7.1)或气动缸(7.2)，其中，气动缸在此如空气弹簧那样起作用。空气弹簧单元(7.1)可以是具有优选地较小的横截面的弹性波纹管(7.1.1)或多个上下堆叠的弹性波纹管的组件，而或可以是橡胶波纹管(7.1.2)(Roll-Balg)。
优选地，空气弹簧单元(7.1)由具有单独的气体-/空气体积(7.6)/气体-/空气容器(7.5)的气动缸(7.2)代表。
通常有利的是，如此足够大地选择总气体体积(7.6)，使得在振动减震器运行时，总可用体积的最大10%、优选地不超过5-8%通过支撑装置在摆运动中排挤或移动。在运行期间移动越少的体积(7.6)，这对于振动减震器的功能或选择性频率适配来说就越好。因此，对减震器的作用有利的是，气体容器(7.5)中的体积与通过支撑装置(7)排挤的体积相比尽可能大。在此，气体(7.6)占据的总空间应理解为容器(7.5)，即在实际的支撑装置本身中以及必要时在与其分离的容器中。
在弹性波纹管作为空气弹簧单元(7.1)的情况下因此可以是有利的是，在减震器的摆运动中空气弹簧单元包括多个上下堆叠的弹性波纹管(7.1.1)，例如三个至十个上下堆叠的弹性波纹管的组件，所述波纹管的横截面与总气体体积(7.6)相比尽可能小。必要时，出于该目的还可以在支撑弹簧单元(7)外设置有附加容器，以便有助于被排挤的体积相对于总体积的相对降低。
在本发明的一个有利的实施形式中，根据本发明的摆式振动减震器包括压力调节单元(7.11)，该压力调节单元必要时自动地且配备有相应的传感器地运行，由此在运行期间由改变的外部条件引起的压力波动可以通过由于经由适当的联接部(7.10)的气体-/空气供应或排出而使容器(7.5)中的气体-/空气压力(7.6)上升或下降来补偿。因此，振动减震器或振动系统的固有频率可以适配于变化的条件。在此有意义的是，仅当超过某个预先设定的最大压力或最小压力时，那么才让压力的自动适配通过系统执行。
已经证明为有利的是，两个相互连接的摆杆(4)(5)的长度(4.1)(5.1)不同。在此优选地，至少一个第一摆杆(4)、例如上部摆杆的长度(4.1)小于第二摆杆(5)、例如下部摆杆或支撑装置(7)的长度(5.1)。因此优选地，(下部的)第二摆杆(5)或支撑装置(7)或支撑弹簧单元(7.1)是至少一个第一摆杆(4)的1.5倍至2倍长或者比其长50-100%。
在本发明的一个实施形式中，至少第一摆杆(4)完全地或部分地表示上部摆，并且至少第二摆杆(5)完全地或部分地表示下部摆，并且两个摆杆经由共同的铰接部(4.3)/(5.2)相互连接。
备选地，至少第一摆杆(4)完全地或部分地表示下部摆，并且至少第二摆杆(5)完全地或部分地表示上部摆，并且两个摆杆经由共同的铰接部(5.2)/(4.3)相互连接。
此外表明，如果振动质量(1)如此定位在摆杆(4)处，使得质量(2)的重心处于铰接部(4.3)(5.2)附近或与该铰接部的位置重合，则根据本发明的摆式振动减震器能够特别好地且选择性地适应于低频率。
优选地，振动质量(1)如此设计，使得支撑装置(7)或空气弹簧单元/支撑弹簧单元(7.1)至少部分地由振动质量在保持第二摆杆(5)(5.1)的可自由运动性的情况下包围。这可以通过振动质量(1)处的相应定位的凹部或自由空间(8)来实现，支撑装置(7)至少以其上部部分如此程度地伸入到该凹部或自由空间中，使得如上面提到的那样，摆杆(5)(5.1)的铰接部(5.2)(4.3)定位在振动质量(1)的重心(2)的区域中。为了节省空间，空气弹簧单元/支撑弹簧单元(7.1)可以在向铰接部(5.2)指向的端部处渐缩，以便它可以良好地配合进入到振动质量(1)中的更小的凹部(8)中。
接下来，术语支撑弹簧单元与空气弹簧单元(7.1)同义使用。
本发明还涉及一种用于高而细长的结构(如风力设备的塔架)的优选地二维有效的自适应摆式振动减震器，其用于阻尼出现的较小的频率(尤其在0.1至1.5Hz、优选地0.1至1Hz的范围内)的振动，该摆式振动减震器尤其包括以下元件：
(i) 振动质量(1)
(ii) 在不运行状态下垂直地装设的优选地上部的至少一个第一摆杆(4)(4.1)，其具有上部的铰接的固定点(4.2)和下部固定点(4.3)，振动质量(1)根据实施形式刚性地或必要时铰接地装设在该下部固定点处，
(iii) 可选地至少一个阻尼单元(3)，例如弹性阻尼器、气动液压阻尼器或磁性阻尼器，以及
(iv) 至少一个构造为支撑弹簧单元(7.1)的支撑装置(7)，该支撑装置是优选地下部的第二摆杆(5)(5.1)的组成部分，并且在功能上与在第一摆杆处的振动质量(1)连接，并且完全地或部分地布置在质量(1)下面，其中，两个摆杆经由共同的铰接部(4.3)(5.2)相互连接。
在本发明的该实施形式中，支撑弹簧单元(7.1)包括以下元件：(a)具有进入-/排出装置(7.10)的用于容纳气体-/或空气体积(7.6)的集成的抗压的气体-或空气容器或存储器(7.5)；(b) 用于产生上升力或必要时下降力的弹性波纹管(7.1.2)或上下堆叠的弹性波纹管的组件，其与气体体积(7.6)连接并根据预先设定的气体压力改变其刚度和尺寸，其中，容器(7.5)中和空气弹簧单元中的气体压力如此调整，使得振动质量(1)与无压力或压力减小的状态相比例如通过增加空气压力和因此空气弹簧单元(7.1)在竖向上或在振动质量(1)的方向上的升力而减负载，由此其重力根据预先设定的压力而减少，以及(c) 上部的可自由运动的铰接部(5.2)。
原则上，该铰接部表示该实施形式中的下部摆杆的上部铰接部，该摆杆在此由支撑弹簧单元(7.1)代表，并且另一方面与在此上部摆杆(4)的铰接部(4.3)相同。两个摆杆因此在此也通过共同的可自由运动的铰接部(4.3)(5.2)相互连接。
支撑装置(7)或支撑弹簧单元(7.1)或在此下部摆杆(5)此外具有与高而细长的结构的载体元件(6)连接的下部铰接部(5.3)。该铰接部(5.3)可以构造为球节而或构造为万向节。在该实施形式中，支撑弹簧单元(7)因此在功能上表示第二摆杆(5)(5.1)，其与质量(1)固定在其处的第一摆杆(4)(4.1)一起运动。
在该实施形式中，根据本发明的摆式振动减震器因此包括至少一个上部的刚性的第一摆杆(4)以及以所提到的、产生上升力的支撑弹簧单元(7)的形式的基本上在质量(1)下面作用的下部的第二摆杆(5)，质量(1)固定在所述第一摆杆处，所述第二摆杆与振动的质量(1)一起引导和运动。
在本发明的另一个实施形式中，根据本发明的振动减震器构造为横向摆式减震器。如果它应是二维有效的，则这种振动减震器具有三个或更多个上部或下部的第一摆杆(4)，振动质量(1)在相应的下部或上部的铰接部(4.3)的区域中悬挂在所述第一摆杆处，并且质量(1)经由上部或下部的铰接部(5.3)与下部或上部的第二摆杆(5)、空气弹簧-/支撑弹簧单元(7)连接，使得振动质量(1)可以在摆运动中水平运动。
根据本发明的振动减震器优选地附加地具有一个或多个阻尼单元(3)。在此，可以使用在现有技术中本身已知的液压阻尼器、气动阻尼器、弹性阻尼器亦或磁性阻尼器。在具体的情况下，旋转阻尼器、尤其磁性旋转阻尼器已证明为特别合适的。例如，在WO 2017/036581、WO 2019/154557或WO 2019/029839中描述了相应的(磁性)旋转阻尼器。
在根据本发明的上述实施形式中，阻尼单元(3)装设在摆(4)的铰接部(4.2)中或在其处。有利地，在此可以使用具有集成阻尼单元的万向节，如这在WO 2019/201471中描述的那样。
另外的阻尼单元(3)也可以在数量和强度方面如此装设在振动质量的周缘处，使得阻尼单元可以阻尼来自根据本发明的振动减震器的水平平面的所有方向的振动。在所描述的横向摆式减震器的情况下，将阻尼单元(3)装设在质量(1)和载体单元(6)之间是有意义的。
根据本发明的振动减震器尤其设置成在架设或拆除高而细长的结构时使用。尤其地，在架设风力设备建造中的塔架或塔架部段时，根据建造进度，出现2Hz以下、尤其在1和1.5Hz之间的范围内的低频率范围内的振动。因为设备的组装通常花费更长的时间段，所以在该时间间隔中的振动阻尼是非常有意义的。在架设完整的设备之后那么通常也可以放弃如此一个振动减震器，即使它原则上可以在设备运行中使用。
因此设置成，提供一种根据本发明的振动减震器，其装设在活动的载体构造(6)处，该载体构造又可以在其架设或拆除期间在结构处(例如在风力设备的塔架处)可逆地固定或移除。为此，根据本发明提出，使待阻尼的结构或结构的相应部件或部段配备有用于根据本发明的摆式振动减震器的固定装置。在一个实施形式中，该固定装置可以是简单的悬挂结构，该悬挂结构与待阻尼的结构固定连接。
因此实质上，支撑装置(7)负责改变振动质量(1)的重力。在上面已经概述的特别的变型方案中，支撑装置可以作为根据本发明的摆式振动减震器的一部分被称为独立创新的。
本发明的主题因此是一种用于具有可通过气体压力适应的上升力的质量的支撑弹簧装置，该支撑弹簧装置包括：
(a) 用于待改变其重力的质量(1)的必要时铰接的第一连结点和用于载体结构(6)的相对而置的必要时铰接的第二连结点；其中，特征(b)-(d)的元件布置在两个连结点之间，并且质量(1)和载体结构(6)布置在其上面和在其下面，
(b) 至少一个抗压的容器(7.5)，其包含气体-或空气体积(7.6)，该气体-或空气体积可以通过进入-/排出装置(7.10)供应或引离，其中，容器优选地构造为支撑装置的一部分，
(c) 在容器(7.5)上面或在其下面的至少一个弹性空气弹簧元件(7.1)(7.1.1)(7.1.2)，其与容器(7.5)中的气体体积在功能上连接并根据预先设定的气体压力改变其刚度和尺寸，由此引起空气弹簧元件沿着支撑装置(7)的纵向轴线的上升力的增加或减少和因此变化，并且因此引起质量(1)的上升或下降，
(d) 用于引导和保持气体-/空气容器(7.5)和弹性空气弹簧元件(7.1)(7.1.1)(7.1.2)的引导杆(7.4)，其中，引导杆在空气弹簧元件(7.1)(7.1.1)(7.1.2)和气体-/空气容器(7.5)之间具有滑动轴承(7.3)，使得气体-/空气容器(7.5)可以通过改变空气弹簧元件的上升力相应地竖直地沿着引导杆运动，并且因此可以影响质量的重力，以及可选地
(e) 用于适配气体-/空气压力的压力调节-和控制单元(7.11)(7.12)。
与上面已结合振动减震器作出的说明相同的说明适用于气体-/空气容器的尺寸和构件的功能。
这样的支撑弹簧装置可以用于多种目的。
具体实施方式
如在开头已经阐释的那样，例如为了减少一定的摆质量的重力和频率，需要的是，在整个振动路径上在其它力的最小影响的情况下使质量上升或减负载。根据本发明，这通过例如从下方作用于质量的反摆(5)实现。该反摆设计和实施为支撑装置(7)或至少空气弹簧单元(7.1)。
在此，使用以空气填充的弹性波纹管的形式的空气弹簧单元(7.1)，或由堆叠的弹性波纹管构成的组(7.1.1)，或作为气动缸(7.1.2)。但也可以使用由钢波纹管构成的弹簧单元。
然而，应注意的是，在使用填充有气体(例如空气)且封闭的波纹管时，力在振动路径期间发生变化，这相当于弹簧，由此振动频率以相同的程度再次增加。因此，根据本发明，使用相应的空气弹簧，该空气弹簧与空气-或气体体积连接并可以通过气体-/空气供应来压缩。如果空气体积与空气弹簧单元的体积相比足够大，则空气的压缩不再具有重要影响。
如果支撑弹簧单元的总空气体积V(其由气体存储器的体积V1和被空气弹簧排挤的体积V2组成)与被排挤的体积V2相比非常大，则(V1+V2)/V1的商接近数字1，因此空气的压缩对支撑弹簧的存在的刚度没有影响或仅具有较小的影响。通过增加V1，在V2相同的情况下商取更小的值。例如，如果通过摆运动排挤4L且罐的容量为80L，则(V1+V2)/V1=84/80=1.05，这相应于足够小的力幅度。如果将V1增加到100L，则获得1.04的值。这意味着，在摆运动中，总气体体积的5或4%通过空气弹簧单元(7.2)排挤。
理想地，气体存储罐(7.5)集成在下部摆杆中。然而，也可以使用单独的附加罐(共振或静止)来容纳空气体积。然后，该附加罐必须利用相应的管道与空气弹簧单元(7.1)连接。在共振的存储器的情况下，这可以是固定管道。在单独装设的存储器的情况下需要柔性的软管(7.10)。
在例如通过下部摆杆(5)对质量(1)进行较大的力引入或减负载的情况下，质量倾向于避开该力，这导致摆的圆形运动并因此又导致在此不期望的频率增加。因此有利的是，使第一摆杆(4)保持得明显短于或长于第二摆杆(5)。因此，第一摆杆的摆复位力大于通过第二摆杆处出现的横向分量引起的摆复位力，从而再次实现线性的振动运动。现在已经表明，例如将具有支撑装置(7)的第二摆杆(5)实施为上部摆杆(4)的约1.5-2倍长是有利的。但也可以使第二摆杆(5)相应地更短。
通过经由气体压力使质量上升或减负载来降低系统的固有频率。如果波纹管无压力，则达到(较短的)第一摆(4)的频率。在例如0.8m的摆长度(4.1)的情况下，系统的无压力的频率为约0.56Hz。可以通过将气体(空气)压入到系统中来降低该频率。如此，例如在具有摆的重力的约70%的作用的压力的情况下，可以实现0.1Hz的频率。通过摆长度(4.1)也可以影响频率。因此，系统可以用作频率自适应减震器。
在支撑装置(7)的某些实施形式(例如具有气动缸(7.2))中，也可以相反地通过对振动质量(1)施加压力来相对增加其重力，这导致摆的振动的固有频率的(相对)增加。因此，振动系统在频率方面可以校准到更高和更低的值。
在具有可变频率的振动(例如风力设备亦或船舶和其它海上结构的波激励)的情况下，激励的频率可以通过传感器测量，并且系统与该频率成比例地也可以通过改变在支撑装置(7)中的气压来适配于干扰频率。
图1(a-e)示出了本发明的各种实施形式，其分别具有上部的(第一)摆杆以及(下部的)第二摆杆(5)，其中，支撑装置构造为(下部的)第二摆杆的一部分，以及以弹性波纹管(7.1.1)或橡胶波纹管(7.1.2)的形式的空气弹簧单元(7.1)或备选地气动缸(7.2)。
图1(a)示出了根据本发明的摆式振动减震器的侧视图。振动质量(1)位于上部的第一摆杆处。铰接部(4.3)(5.2)将第一摆杆与具有长度(5.1)的下部的第二摆杆(5)连接。振动质量(1)在此在其下侧处如此设计，从而振动质量不仅包围支撑弹簧单元(7)的上部部分，而且还留有如此多的自由空间(8)，使得摆运动可以在没有碰撞的情况下进行。为此，可以在质量中设置有相应的孔或凹部；但质量也可以由围绕自由空间(8)的相应成形和布置的单个元件组成。
具有长度(4.1)的上部摆杆(4)具有上部铰接部(4.2)，经由该上部铰接部与系统的载体单元(未示出)连结。在该实施形式中，上部铰接部为万向节，到其中附加地集成有旋转阻尼器(3)。这样的阻尼器铰接部例如从WO 2019/201471中已知。但原则上，也可以使用简单且未阻尼的铰接部，如球节(图2)。上部摆由万向节的转动轴线和质量(1)的重心(2)之间的长度形成，该重心优选地处于铰接部(4.3)(5.2)附近或与该铰接部相同。
具有长度(5.1)的下部摆杆(5)由支撑装置(7)代表。支撑装置在此包括空气弹簧单元(7.1)与集成气体-空气容器(7.5)，在该气体-空气容器中存在气体/空气混合物(7.6)(7.6.1)。容器(7.5)在上部部分中渐缩(7.5.1)，因此该部分可以或多或少地引入到质量(1)的自由空间(8)中，并且可以在那里与摆杆(5)一起自由运动。摆杆(5)在上部部分中以铰接部(5.2)(4.3)结束。在最佳情况下，该铰接部的位置应位于质量的重心(2)中。
作为下部摆杆(5)的整体的组成部分的支撑装置(7)在下端处具有另外的铰接部、优选地球节，其建立与待阻尼的结构或结构的载体元件(6)的连接。然而，在此没有示出与载体单元的连结。
从该附图中还得知摆杆(4)和(5)的不同长度(4.1)(5.1)。
图1(b)示出了图1(a)的实施形式的旋转90°的侧视图。附加地，在此描绘了载体组件或载体机架(6)，其经由铰接部(4.2)和(5.3)与完整的根据本发明的摆式振动减震器连接。
图1(b1)示出了图1(b)的俯视图，亦即具有与载体结构(6)的连结的万向节，其中，万向节配备有两个旋转阻尼器单元(3)，它们以90°的角度相互偏移地布置。
图1(c)(c1)示出了图1(a)中的根据本发明的支撑装置(7)的另外的细节。
构件由用于经由进入-/排出装置(7.10)容纳气体-或空气体积(7.6)的容器或存储器(7.5)组成。容器(7.5)在此划分成具有相应体积(7.6.1)的较窄的上部容器部分(7.5.1)和具有体积(7.6)的较大的下部容器部分(7.5)。两个容器部分经由气体通道(7.7.1)在压力方面相互连接。也可以代替划分成上部的较小的隔间和下部的较大的隔间使用唯一的连续但向上渐缩的容器，以便在质量(1)的区域中的自由空间(8)中具有足够的位置。
在支撑装置(7)的下部区域中布置有空气弹簧单元(7.1)，其通过下部气体通道(7.7)(7.7.2)与容器(7.5)或经由上部气体通道(7.7)(7.7.1)与附加容器(7.5.1)在压力方面连接。在该变型方案中，空气弹簧单元(7.1)包括三个弹性波纹管(7.1.1)，所述弹性波纹管在容器(7.5)(7.5.1)中压力变化时在竖直向上相应地延展或压缩并如此引起，定位和固定在摆杆(4)上面的质量(1)(在此未示出)的重力相应地变化。
通常使用1-15个、优选地3-10个这样的上下堆叠的波纹管来实现质量(1)的重力的所需降低。但，这最终取决于质量、体积(7.6)(7.6.1)和通过弹性波纹管的排挤体积。
支撑装置(7)的下端又具有球节(5.3)，该球节与振动系统的在此未示出的载体结构连接。
设计为支撑弹簧单元的支撑装置(7)在该实施形式中此外具有引导杆(7.4)，其用于为构件赋予足够的稳定性，因为构件否则将在波纹管的区域中在加负载的情况下折弯。引导杆(7.4)在此优选地在滑动轴承(7.3)(7.7)中引导，其中在具体情况下，在下部容器(7.5)和上部容器(7.5.1)之间使用上部滑动轴承(7.3.1)，并且在空气弹簧单元(7.1.1)和下部容器(7.5)之间使用下部滑动轴承(7.3.2)。
空气联接部(7.10)可以联接到空气填充的或气体填充的空间(7.6)(7.6.1)的任何位置处。有利的是，将该空气联接部装设在支撑弹簧单元的下部区域中，在其中几乎不进行运动。同时，可以利用软管或管道连接来联接另外的容器以增大体积。在支撑弹簧单元的下端处设置有另外的进入-/排出装置(7.10)，该进入-/排出装置具有调节单元(7.11)。在最简单的情况下，这是调节阀。
在此描述的支撑弹簧单元以这样的方式起作用，即通过竖直改变弹性波纹管(7.1.1)的体积沿着引导杆(7.4)在铰接部(5.2)的方向上压挤位于其上面的单元的部分与气体-/空气容器(7.5)(7.5.1)。因为优选地构造为球节的铰接部(5.2)在此与振动质量(1)固定在其处的上部第一摆杆(4)的铰接部(4.3)相同，所以相应的压力或拉力如此被施加到振动质量(1)上，从而由此可以进行对振动系统的有针对性的频率适配。
另一个可能性是，附装自动压力调节单元，借助于其可以使在弹簧系统(7)中的预先设定的压力(必要时借助于传感器)在振动系统中的外部条件改变时手动或自动地适配于改变的固有频率。这具有如下优点，即例如可以补偿由可能的温度波动引起的压力变化。此外，可以经由这样的调节装置使振动减震器的固有频率持续地适配于要求(自适应运行)。例如，用于维持恒定气压的压力调节单元可以由压力传感器、三通伺服阀和压缩机组成。压力传感器在此连续监测容器(7.5)(7.5.1)中的压力。有利地，控制器仅考虑当上部摆杆和下部摆杆彼此对齐时总是产生的最大压力，并且因此运动过程中的最小空气体积被用于进行调节。还建议仅当超过或低于一定的最大极限值或最小极限值时那么才让适配自动执行。调节器将该压力与预设的理论值进行比较并相应地打开或关闭阀，以便经由压缩机或压缩空气存储器增加或降低容器中的气体压力。预设的理论值是可以固定调整的参量，或者它针对自适应运行由控制单元预设。
塔架的振动频率由加速度传感器检测。信号被传输到计算单元处。在系统的事先确定的频率-压力曲线中计算系统的为了达到相应的频率所需的气压。由此产生的信号作为理论值被传输到压力调节阀处。
图1(d)(d1)示出了本发明的另一个实施形式。代替构造为弹性波纹管(7.1.1)的组件的空气弹簧单元(7.1)，现在使用橡胶波纹管(7.1.2)，该橡胶波纹管具有如下优点，即其横截面在运行中不会显著改变。在其它方面，所有其它特征和功能相应于图1(c)(c1)中的特征和功能。
图1(e)示出了本发明的另一个实施形式，亦即作为根据本发明的摆式振动减震器的下部摆杆(5)的组成部分的气动缸(7.2)。上部摆杆(4)与振动质量(1)未示出。摆杆(5)具有构造为球节的上部铰接部(5.2)。该铰接部同时是上部摆杆(4)的下部铰接部(4.3)。气动缸(7.2)包括活塞(7.2.3)，该活塞将缸室分成上部缸室(7.2.1)和下部缸室(7.2.2)。活塞(7.2.3)由活塞杆(7.2.4)运动。活塞的竖直运动由压力受控的气体-/空气体积(7.6)实现。因为缸室太小，所以需要在构件外的空气-/气体容器(7.5)，以便确保气动缸在选择性且精确的频率适配的意义上的功能性。根据需要，容器(7.5)中的气体体积在压力下被导引到缸的下部室或上部室中。设置有相应的阀(7.13)(7.16)以及导入-和导出线路(7.10)(7.14)(7.15)(7.17)(7.18)，以及在此还有用于气体-/空气体积(7.6)的调节和控制单元(7.11)(7.12)。在运行中，活塞杆(7.2.4)通过相应的气体压力竖直向上或向下移动，由此经由球节(5.2)使摆杆(4)处的振动质量(1)减负载或加负载。通常，气动缸(7.2)可以在拉力方向和压力方向上工作。为了产生压力，加载腔室7.2.2，而为了产生拉力，加载腔室7.2.1。
图2(a-c)从不同的角度示出了根据本发明的振动减震器的实施形式，其中图1的空气弹簧单元(7.1)被整合到载体构造(6)中。与之不同地，摆杆(4)的铰接部(4.2)是没有阻尼单元(3)的简单球节。后者为此一式两份地且彼此成90°角度安装在质量(1)和载体构造(6)之间。在此又设置有旋转阻尼器作为阻尼单元；但也可以使用基于磁体的线性阻尼器、液压阻尼器或根据现有技术的其它阻尼器。
图3(a-c)示出了根据本发明的减震器的另一个实施形式的三个不同视图，亦即横向摆式减震器。质量(1)在此悬挂在三个摆杆(4)处。每个摆杆(4)具有上部铰接部(4.2)和下部铰接部(4.3)、优选地球节(4.3)。摆杆利用上部铰接部与载体构造(6)连接，并且利用下部铰接部与质量(1)以这样的方式连接，使得质量在振动时仅可以水平运动。阻尼元件(3)在此装设在质量(1)和载体结构(6)之间并在具体示例中再次设计为旋转阻尼器，但也可以是现有技术的其它阻尼器。为了在周缘上均匀的阻尼，在具有三个摆杆(4)和六个铰接部(4.2)(4.3)的该实施形式中在上部悬挂部中两个阻尼元件(3)就足够。但也可以使用三个或更多个这种阻尼器。
图4(a-d)示出了根据图3的横向减震器的另一个实施形式的四个不同视图。设计为支撑弹簧-或空气弹簧单元的支撑装置(7)在横向摆的情况下不一定或至少不值得期望地必须在质量的重心或直接在其附近起作用。因此，可以让该支撑装置在质量上面作用并因此通过质量执行，由此产生构件的更小的高度，这又减少了所需的安装空间。
图4(a)示出了支撑弹簧单元(7)如何引导穿过质量(1)的开口。在此与支撑装置(7)相同的摆杆(5)的上部铰接部(5.2)现在布置在振动质量(1)上面并固定在支架(6.1)处，该支架又与质量连接。质量中的开口如此设计，使得开口允许足够的自由空间用于下部摆(5)或支撑弹簧单元(7)的运动。在该实施形式中还可以看出，与下部摆杆(5)的长度(5.1)相比，上部摆杆(4)具有明显更小的长度(4.1)。
图4(b)示出了根据图4(a)的根据本发明的振动减震器的侧视图。附加地，还可以看到具有三个旋转盘的旋转阻尼器单元(3)，其固定在质量处并在质量振动运动时起作用。
图4(c)以剖面示出了根据图4(a)的振动减震器。
图4(d)以透视视角示出了根据图4(c)的构件。
在图2-4中，支撑装置(7)分别包括根据本发明的空气弹簧元件(7.1)。然而设置成，使用与描绘和描述相同的实施形式，但具有根据图1(e)的气动缸(7.2)。
图5示出了根据本发明的摆式振动减震器，其具有作为支撑装置(7)的核心件的气动缸(7.2)。与仅示出具有气动缸(7.2)的(下部的)第二摆杆(5)的图1(e)不同，在该实施形式中，具有相应的气动缸(7.2)的第二摆杆(5)设置为上部摆杆(5)且具有振动质量(1)的第一摆杆(4)设置为下部摆杆(4)。具有旋转阻尼元件(3)的球节或万向节(4.2)相应地布置在载体结构(6)的下端处，而可自由运动的铰接部(5.3)现在使支撑装置向上结束并在那里与载体结构连接。摆杆(4)处的振动质量(1)的形状和布置关于摆杆(5)的布置大致对应于图4的相应部分。
图6原则上示出了根据图5的根据本发明的摆式振动减震器的相同的布置，然而在此气动缸(7.2)由空气弹簧单元(7.1)、尤其橡胶波纹管(7.1.2)取代。该橡胶波纹管经由可相对彼此运动的构件(7.1.3)将力传递到下部的第一摆杆(4)处的质量(1)处。

Claims (22)

1.一种自适应摆式振动减震器，其用于可适配地阻尼高而细长的结构中出现的<2Hz的低频率的振动，所述摆式振动减震器包括：
(i) 具有长度(4.1)的在不运行状态下垂直地布置的至少一个第一摆杆(4)，所述第一摆杆以其一端经由铰接部(4.2)直接地或经由载体元件(6)与待阻尼的所述结构连接，
(ii) 具有长度(5.1)的在不运行状态下垂直地布置的至少一个第二摆杆(5)，所述第二摆杆完全地或部分地布置在所述第一摆杆(4)下面或在其上面，并且以其一端经由铰接部(5.3)直接地或经由载体元件(6)与待阻尼的所述结构连接，
其中，所述第一摆杆(4)在其自由端处经由能够自由运动的铰接部(4.3)(5.2)直接地或间接地与所述第二摆杆(5)的自由端连接，
(iii) 振动质量(1)，所述振动质量固定在所述第一摆杆(4)处并经由所述铰接部(4.3)(5.2)与所述第二摆杆(5)如此连接，使得在力作用于所述质量(1)时使两个摆杆(4)(5)一起运动，以及
(iv) 压力受控的支撑装置(7)，所述支撑装置能够通过减负载或加负载来增加或减少所述振动质量(1)的重力，并且如此能够有针对性地实现频率变化，其中，所述支撑装置是所述第二摆杆(5)的整体的组成部分。
2.根据权利要求1所述的自适应振动减震器，其特征在于，所述支撑装置(7)利用气体-/空气体积(7.6)运行，所述气体-/空气体积处于引起所述振动质量(1)的重力变化的压力下，其中，所述气体-/空气体积被提供在气体-/空气容器(7.5)中，所述气体-/空气容器完全地是所述支撑装置的整体的组成部分，或者部分地与其分离地装设。
3.根据权利要求2所述的自适应振动减震器，其特征在于，所述气体-/空气体积(7.6)如此选择，使得在所述振动减震器的摆运动中体积的小于10%通过所述支撑装置(7)排挤或移动。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的自适应摆式振动减震器，其特征在于，所述支撑装置(7)是空气弹簧元件(7.1)或气动缸(7.2)。
5.根据权利要求4所述的自适应摆式振动减震器，其特征在于，所述空气弹簧元件(7.1)是弹性波纹管或多个上下堆叠的弹性波纹管(7.1.1)的组件、橡胶波纹管或相继布置的橡胶波纹管(7.1.2)的组件。
6.根据权利要求5所述的自适应摆式振动减震器，其特征在于，所述弹性波纹管或弹性波纹管的组件与所述气体体积(7.6)相比具有较小的横截面。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的自适应振动减震器，其特征在于，所述至少一个第一摆杆(4)的长度(4.1)不同于所述第二摆杆(5)的长度(5.1)。
8.根据权利要求7所述的自适应振动减震器，其特征在于，所述至少一个第一摆杆(4)比所述至少第二摆杆(5)短或长50-100%。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的自适应振动减震器，其特征在于，所述至少第一摆杆(4)完全地或部分地表示上部摆，并且所述至少第二摆杆(5)完全地或部分地表示下部摆，并且两个摆杆经由共同的铰接部(4.3)/(5.2)相互连接。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的自适应振动减震器，其特征在于，所述至少第一摆杆(4)完全地或部分地表示下部摆，并且所述至少第二摆杆(5)完全地或部分地表示上部摆，并且两个摆杆经由共同的铰接部(5.2)/(4.3)相互连接。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的自适应振动减震器，其特征在于，所述铰接部(4.2)和/或(5.3)是万向节。
12.根据权利要求1-10中任一项所述的自适应振动减震器，其特征在于，所述铰接部(4.3)(5.2)是球节。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的自适应振动减震器，其特征在于，所述支撑装置(7)具有引导杆(7.4)。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的自适应振动减震器，其特征在于，所述自适应振动减震器包括压力调节单元(7.11)(7.12)，所述压力调节单元能够通过在达到预先设定的极限值时经由联结部(7.10)增加或减少所述气体-/空气体积(7.6)的压力来补偿在运行期间由改变的外部条件引起的压力波动。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的自适应振动减震器，其特征在于，所述振动质量(1)如此固定在所述第一摆杆(4)处，使得所述振动质量的重心(2)处于所述铰接部(4.3)(5.2)附近或与所述铰接部相同。
16.根据权利要求15所述的自适应振动减震器，其特征在于，所述质量(1)三维上如此设计，使得存在相应成形的自由空间(8)，在所述自由空间中所述第二摆杆(5)以其铰接部(5.2)至少部分地延伸到，并且存在在运行状态下用于摆运动的位置。
17.根据权利要求1-16中任一项所述的作为二维横向减震器的自适应振动减震器，其特征在于，所述振动质量(1)经由两个或更多个铰接部(4.3)连接到一样多的一样长的第一摆杆(4)处并经由所述铰接部(5.2)与所述第二摆杆(5)连接，使得所述振动质量能够在水平平面上运动。
18.根据权利要求1-18中任一项所述的自适应振动减震器，其特征在于，所述自适应振动减震器具有至少一个另外的阻尼单元(3)，所述阻尼单元装设在所述第一摆杆(4)的铰接部(4.2)和/或所述振动质量(1)的周缘处。
19.根据权利要求18所述的自适应振动减震器，其特征在于，所述至少一个另外的阻尼单元(3)是旋转阻尼器。
20.根据权利要求1-19中任一项所述的自适应振动减震器，其特征在于，所述自适应振动减震器装设在活动的载体结构(6)处，所述载体结构能够在其架设或其拆除期间在结构处可逆地固定或移除。
21.一种包括机舱、转子和塔架的风力设备，其特征在于，所述风力设备具有根据权利要求1-20中任一项所述的振动减震器，所述振动减震器永久地或临时地固定在外部或在内部、在塔架中或在所述塔架处或者在机舱处或在所述机舱中。
22.一种用于具有能够通过气体压力适应的上升力的质量的支撑弹簧装置，其包括：
(a) 用于待改变其重力的质量(1)的必要时铰接的第一连结点和用于载体结构(6)的相对而置的必要时铰接的第二连结点；其中，特征(b)-(d)的元件布置在两个所述连结点之间，并且所述质量(1)和所述载体结构(6)布置在其上面和在其下面，
(b) 至少一个抗压的容器(7.5)，所述容器包含气体-或空气体积(7.6)，所述气体-或空气体积能够通过进入-/排出装置(7.10)供应或引离，其中，所述容器优选地构造为所述支撑装置的一部分，
(c) 在所述容器(7.5)上面或在其下面的至少一个弹性空气弹簧元件(7.1)(7.1.1)(7.1.2)，所述空气弹簧元件与所述容器(7.5)中的气体体积在功能上连接并根据预先设定的气体压力改变其刚度和尺寸，由此引起空气弹簧元件沿着所述支撑装置(7)的纵向轴线的上升力的增加或减少和因此变化，并且因此引起所述质量(1)的上升或下降，
(d) 用于引导和保持所述气体-/空气容器(7.5)和所述弹性空气弹簧元件(7.1)(7.1.1)(7.1.2)的引导杆(7.4)，其中，所述引导杆在空气弹簧元件(7.1)(7.1.1)(7.1.2)和气体-/空气容器(7.5)之间具有滑动轴承(7.3)，使得所述气体-/空气容器(7.5)能够通过改变所述空气弹簧元件的上升力相应地竖直地沿着所述引导杆运动，并且因此能够影响所述质量的重力，以及可选地
(e) 用于适配所述气体-/空气压力的压力调节-和控制单元(7.11)(7.12)。
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