CN209294321U - 一种应用于风力发电机组的双导轨tmd耗能减振装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种应用于风力发电机组的双导轨TMD耗能减振装置，属于结构减振技术领域，包括风力发电机组，十字滑台，粘滞阻尼器、弹簧，其中风力发电机组由基础、塔柱和机舱及叶片组成，塔柱的下端与基础固定，上端通过法兰与Y轴滑台底座固定，机舱及叶片通过法兰与X轴滑台的滑块固定，沿十字滑台的滑轨方向分别设置一个粘滞性阻尼器和两根弹簧，粘滞性阻尼器和弹簧与滑块通过螺栓连接，与滑轨方向端部钢板通过螺钉相连接。由于十字滑台上下互相垂直的双向导轨，使得该TMD装置可以满足塔架在整个平面内的减振控制。其本身构造简单，且耗能效果明显，可广泛应用于风力发电塔式结构的减振。
Description
技术领域
本发明涉及结构减振技术领域，特别是一种双导轨TMD耗能减振装置。
背景技术
由于风力发电机组长期在多变的自然条件下工作，会出现由强风荷载和地震作用等外因诱发的振动问题。此外，风电机组在运行过程中受到气动载荷、重力载荷、惯性载荷以及控制系统载荷等多种载荷的综合作用，亦会产生较大的振动响应。振动问题在不同程度上影响着风力机零部件的寿命，机组叶片断裂、塔筒失稳、机舱振幅过大、齿轮箱开裂、发电机故障等现象时有发生。此外风电机组主要的弹性振动体是叶片和塔架，弹性振动最大的危害是使结构产生疲劳，缩短使用寿命。塔架作为风力发电机组中的主要支承装置，它将风电机与地面联接，为水平轴叶轮提供需要的高度，而且要承受极限风速产生的载荷。随着风力发电技术的发展，风机装机容量呈逐渐增大的趋势。风轮直径相应增大，使得基础塔架结构的高度也不断加大，对结构的安全性提出了新的挑战。如何简便、经济、高效的降低结构的振动，成为风力发电技术中一个重要的问题。
调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper，TMD)是目前在风力发电机组中应用最广泛的一种被动减振系统之一。调谐质量阻尼器系统由固体质量，弹簧和阻尼单元组成，它将阻尼器系统自身的振动频率调整到结构振动的主要频率附近，通过TMD与主结构之间的相互作用，可实现能量从主结构向调谐质量阻尼器系统的转移，达到减少主结构振动的目的。
作为一种经济实用，构造简单的消能减振装置，调谐质量阻尼器减振效果良好，便于施工安装维护，但其在实际应用中还是存在很多问题。首先，TMD对于被控结构自振频率的漂移十分敏感，即使频率漂移很微小，TMD的减振效果也会骤然降低；其次，一般而言，TMD的质量及其行程越大，其控制效果越好。但是在实际工程中，由于结构的总质量很大、空间有限，要达到良好的控制效果，附加惯性质量和所需空间很大，因此实际应用时，传统设计的 TMD系统会给塔体带来附加质量，加重塔体沉重的负担，而且TMD的行程往往还会受到限制。这就需要一种耗能装置，既要克服频率漂移和质量受限的问题，同时还要具有良好的减振效果，以满足风电塔架减振的要求。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供一种新型的双导轨TMD耗能减震装置，不仅能解决风力发电塔架耗能减振的技术问题；更能解决传统TMD阻尼装置频率漂移，附加质量的问题。
本发明是一种应用于风力发电机组的双导轨TMD耗能减振装置，包括风力发电机组，十字滑台，粘滞阻尼器、弹簧，其中风力发电机组由基础、塔柱和机舱及叶片组成，塔柱的下端与基础固定，上端与Y轴滑台底座固定，机舱及叶片与X轴滑台滑块固定，沿十字滑台的滑轨方向分别设置一个粘滞性阻尼器和两根弹簧与滑块及滑轨方向端部钢板连接。塔柱的上端与Y轴滑台的底座通过法兰A连接、机舱及叶片与X轴滑台的滑块通过法兰A连接。粘滞性阻尼器沿滑轨方向设置于滑块和滑轨方向端部钢板形心位置，两根弹簧以粘滞性阻尼器为中心水平对称布置。十字滑台的滑块的宽度为滑轨宽度的两倍，且滑轨方向端部钢板高度与滑块高度相同。弹簧内部穿有弹簧导杆，并与滑块通过螺栓连接，与滑轨方向端部钢板通过螺钉A连接。粘滞性阻尼器由内钢管和外钢管套叠而成，所述内钢管和外钢管的截面为阶梯变截面，底端截面直径大于顶端截面直径。粘滞性阻尼器与滑块通过螺栓连接，粘滞性阻尼器的顶端连接有轴球头。法兰A为环锻法兰，且为保证连接的可靠性，法兰焊接工艺必须采用双面剖口。轴球头与轴球头外套通过法兰B连接，轴球头外套通过螺钉B与滑轨方向端部钢板连接。
与现有技术相比本实用新型具有以下特点和有益效果：
本发明所涉及的双导轨TMD耗能减振装置，耗能减振性能良好。在外界荷载激励下，阻尼装置能迅速响应，吸收能量，有较大的耗能作用，发挥良好的减振效果，设置阻尼装置后结构的振动响应有较明显的降低，耗能性能良好。
本发明阻尼器改变了塔架与上部机构的连接方式，利用塔架系统本身达到减振效果，不会给塔体结构带来额外的附加质量。
本发明解决了传统减振装置不便安装，阻尼器行程受限的问题。由于没有附加的固体质量，不用担心频率漂移影响减振效果。
本发明设计本身简单，易于实现，可以广泛应用于塔架结构的减振中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是双导轨TMD耗能减振装置应用于风力发电塔架主视图；
图2是双导轨TMD耗能减振装置应用于风力发电塔架侧视图；
图3是双导轨TMD耗能减振装置的结构连接示意图；
图4是双导轨TMD耗能减振装置的整体结构示意图；
图5是图4中的a-a剖面图；
图6是图4中的b-b剖面图；
附图标记：1-基础、2-塔柱、3-机舱及叶片、4-滑块、5-滑台导杆、6-滑轨方向端部钢板、 7-滑台底座、8-粘滞性阻尼器、9-弹簧、10-弹簧导杆、11-法兰A、12-轴球头、13-轴球头外套、14-法兰B、15-螺钉A、16-螺钉B、17-螺栓。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
图1和图2是本发明应用于风力发电机组的示意图。如图1和图2所示，按照本发明的双导轨TMD耗能减振装置主要包括十字滑台，粘滞阻尼器8，弹簧9等，针对传统风塔减振装置不便安装，阻尼器行程受限的问题。本发明阻尼器改变了塔架与上部机构的连接方式，利用十字滑台满足塔架系统在整个平面内的振动控制，以实现风电机组上部结构与塔架的相互制动，其施工步骤如下：
(1)根据风电机组的规模设计十字滑台的尺寸，考虑到实际工程中的应用，上部结构在滑轨方向的位移控制为小位移，因此滑台导杆5长度要根据风塔机组所受自然荷载设计确定，这里考虑到施工需要，十字滑台的滑块4的宽度为滑轨宽度的两倍，且滑轨方向端部钢板6 高度与滑块4高度相同。
(2)沿十字滑台的滑轨方向分别设置一个粘滞性阻尼器8和两根弹簧9与滑块4及滑轨方向端部钢板6连接。如图3所示，粘滞性阻尼器沿滑轨方向设置于滑块4和滑轨方向端部钢板6形心位置，两根弹簧9以粘滞性阻尼器8为中心水平对称布置。弹簧9内部穿有弹簧导杆10，并与滑块4通过螺栓17连接，与滑轨方向端部钢板通过螺钉A15连接。粘滞性阻尼器8与滑台4通过螺栓17连接，同时粘滞性阻尼器8的顶端连接有轴球头12。轴球头12 与轴球头外套13通过法兰B14连接，轴球头外套13通过螺钉B16与滑轨方向端部钢板6连接。
(3)塔柱2的下端与基础1固定，上端通过法兰11与Y轴滑台底座7固定，机舱及叶片3通过法兰11与X轴滑台的滑块4固定。
当按照本发明的双导轨TMD耗能减振装置工作时，能够通过设置在四个方向上的粘滞阻尼器8对塔架系统的振动进行有效控制，其工作过程如下：
当风力发电机组发生振动时，机舱及叶片3可通过X轴滑台的滑块4进行X轴向滑动，并通过粘滞阻尼器8耗散振动能量。同时，机舱及叶片3与X轴滑台可通过Y轴滑台的滑块4进行Y轴向滑动，并通过粘滞阻尼器8耗散振动能量。因此本发明可以满足结构在整个水平面内的振动耗能，并通过双导轨的设置使得上部结构与塔架之间相互制动。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种应用于风力发电机组的双导轨TMD耗能减振装置，包括风力发电机组，十字滑台，粘滞阻尼器(8)、弹簧(9)，其特征在于：所述的风力发电机组包括基础(1)、塔柱(2)和机舱及叶片(3)，塔柱(2)的下端与基础(1)固定，上端与Y轴滑台底座(7)固定，机舱及叶片与X轴滑台滑块(4)固定，沿十字滑台的滑轨方向分别设置一个粘滞性阻尼器(8)和两根弹簧(9)与滑块(4)及滑轨方向端部钢板(6)连接。
2.根据权利要求1所述的一种应用于风力发电机组的双导轨TMD耗能减振装置，其特征在于：所述的塔柱(2)的上端与Y轴滑台的底座通过法兰A(11)连接、所述的机舱及叶片(3)与X轴滑台的滑块通过法兰A(11)连接。
3.根据权利要求1所述的一种应用于风力发电机组的双导轨TMD耗能减振装置，其特征在于：所述粘滞性阻尼器(8)沿滑轨方向设置于滑块(4)和滑轨方向端部钢板(6)形心位置，两根弹簧(9)以粘滞性阻尼器(8)为中心水平对称布置。
4.根据权利要求1所述的一种应用于风力发电机组的双导轨TMD耗能减振装置，其特征在于：所述的十字滑台的滑块(4)的宽度为滑轨宽度的两倍，且滑轨方向端部钢板(6)高度与滑块(4)高度相同。
5.根据权利要求1所述的一种应用于风力发电机组的双导轨TMD耗能减振装置，其特征在于：所述弹簧(9)内部穿有弹簧导杆(10)，并与滑块(4)通过螺栓(17)连接，与滑轨方向端部钢板(6)通过螺钉A(15)连接。
6.根据权利要求1所述的一种应用于风力发电机组的双导轨TMD耗能减振装置，其特征在于：所述的粘滞性阻尼器(8)由内钢管和外钢管套叠而成，所述内钢管和外钢管的截面为阶梯变截面，底端截面直径大于顶端截面直径。
7.根据权利要求1所述的一种应用于风力发电机组的双导轨TMD耗能减振装置，其特征在于：所述粘滞性阻尼器(8)与滑块(4)通过螺栓(17)连接，粘滞性阻尼器(8)的顶端连接有轴球头(12)。
8.根据权利要求2所述的一种应用于风力发电机组的双导轨TMD耗能减振装置，其特征在于：所述的法兰A(11)为环锻法兰，且法兰焊接工艺必须采用双面剖口。
9.根据权利要求7所述的一种应用于风力发电机组的双导轨TMD耗能减振装置，其特征在于：所述的轴球头(12)与轴球头外套(13)通过法兰B(14)连接，轴球头外套通过螺钉B(16)与滑轨方向端部钢板(6)连接。
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| CN108953463A (zh) * | 2018-09-25 | 2018-12-07 | 南京林业大学 | 一种应用于风力发电机组的双导轨tmd耗能减振装置 |
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2018
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Assignee: Suqian Dewei Fiberglass Co., Ltd. Assignor: Nanjing Forestry University Contract record no.: X2019320000281 Denomination of utility model: Double-guide-rail tuned mass damper (TMD) energy-consuming vibration damper for wind power generator unit Granted publication date: 20190823 License type: Common License Record date: 20191119 Assignee: Suqian De Wei new material Co., Ltd Assignor: Nanjing Forestry University Contract record no.: X2019320000282 Denomination of utility model: Double-guide-rail tuned mass damper (TMD) energy-consuming vibration damper for wind power generator unit Granted publication date: 20190823 License type: Common License Record date: 20191119 Assignee: Nanjing Boke New Material Industry Research Institute Co., Ltd. Assignor: Nanjing Forestry University Contract record no.: X2019320000283 Denomination of utility model: Double-guide-rail tuned mass damper (TMD) energy-consuming vibration damper for wind power generator unit Granted publication date: 20190823 License type: Common License Record date: 20191119 |