外表面具有引风沟槽以抑制涡激振动的围护结构制造技术

本实用新型专利技术公开一种外表面具有引风沟槽以抑制涡激振动的围护结构，其外表面设有若干向上以及若干向下倾斜的引风沟槽，若干所述引风沟槽沿所述围护结构的高度方向、周向分布，上风向来流经所述引风沟槽后向上或向下偏离并能够形成旋涡。上述围护结构其外表面设置引风沟槽，引导流经引风沟槽的上风向来流偏离原方向，并产生漩涡，可以直接产生漩涡，也可以碰撞或交汇后形成漩涡。通过设置引风沟槽而产生漩涡，从而增强围护结构外表面整体漩涡的旋转动量，增强边界层的粘滞力，以阻止、抑制漩涡在围护结构两侧，从而达到抑制涡激振动的目的。

【技术实现步骤摘要】
外表面具有引风沟槽以抑制涡激振动的围护结构
本技术涉及围护结构
，具体涉及一种外表面具有引风沟槽以抑制涡激振动的围护结构。
技术介绍
请参考图1-1，图1-1为风力发电装备构成示意图。风力发电装备的基础为塔筒10，对整机起承载作用，起围护作用，作为示例，以一个圆形截面塔筒10为例，塔筒10可以是钢筒，也可以是钢筒与混凝土塔筒的组合。塔筒10承载着风力发电装备的机舱30、发电机、风轮机20。包括风轮机20和发电机的风力发电机组完成获取风能并转化成电能的任务。转化成的电能经电力传输电缆40或电力输送母排传输，图中所示的电力传输电缆40从机舱30引出后由塔筒10顶部的电缆挡圈限位，电缆挡圈固定于电缆挡圈固定板50，然后经马鞍面支架60后沿塔筒100的内壁垂下至变流柜70处。塔筒10的下端还设有塔架门80。转化获得的电能经过风力发电机组的开关柜控制，借助电力传输电缆40或电力输送母排导线输运至完成电力电能变换任务的变流器(在变流柜70内)，再经过变流器处理后可获得能与电网对接规则要求的电能。因此，风力发电装备的塔筒10可以说是是风力发电的塔杆，在风力发电机组装备中主要起支撑作用。同时，塔筒10承载由机舱30、风轮机20、发电机产生的结构风荷载或由此引发的顺风向振动和横风向振动，即：风致结构振动问题。请参考图1-2，图1-2为塔筒分段吊装的示意图。塔筒10目前一般分段安装，如图2所示，作为举例，从下至上依次为第一塔筒段11、第二塔筒段12、第三塔筒段13、第四塔筒段14、第五塔筒段15。风力发电装备的安装过程中，首先将第一塔筒段11安装于塔筒10的地基基础90上，然后其他塔筒段被逐段吊装，在相互连接之后，塔筒10顶部(图2中的第五塔筒段15)与机舱30的偏航系统连接，机舱30与发电机对接，发电机(或齿轮箱)再与风轮机20对接。具体吊装过程如下：吊装塔筒10前，先清洁与第一塔筒段11连接的地基基础90的基础环，把多根螺栓(如120根)螺纹处抹油后放在基础环内圈处，同时将风力发电装备的控制柜吊入到基础环内；对第一塔筒段11的上端安装吊具，此处由主吊承担对第一塔筒段11上端的吊起，也同时对第一塔筒段11的下端安装吊具，此处由塔筒辅吊承担吊起任务，两吊车同时起吊，当第一塔筒段11的高度大于第一塔筒段11最大直径后，主吊提升第一塔筒段11上端的高度，辅吊停下，当第一塔筒段11吊到垂直地面位置后把辅吊移开，卸掉第一塔筒段11下端的吊具；将第一塔筒段11的法兰面连接好后，把螺栓从下往上穿，带好螺母后用电动扳手拧紧，至少对螺母实施拧紧3遍工序(等到整台风力发电装备吊装工序完成后，再用力矩扳手对塔筒连接螺母实施拧紧到要求的力矩值)；其余的塔筒段与第一塔筒段11吊装过程相同，把最上段的塔筒段吊装完毕后，准备吊装机舱。以上这些对接、连接的安装工序都在对风电场小地域环境局部风不可预测的情况下开展施工。因此，在吊装安装过程中，常会遇到大小变化不定的阵风或持续的小风，而如上所述，这些阵风或持续风有可能对塔筒诱发振动，破坏围护结构稳定、危及现场人身和设备的安全，推迟安装工期。例如，吊装第四塔筒段14后，第四塔筒段14存在振动，导致第五塔筒段15无法对准；甚至，紧固的螺栓可能会在震动作用下断裂，从而危及安全。目前，风电行业吊装过程工程安全要求明确规定：风速大于6m/s时禁止叶片组吊装；风速大于8m/s时严禁机舱吊装；风速大于10m/s时严禁塔筒吊装。可见，现场吊装进度、安装工期明显受到局部区域风况的限制。对于高海拔、高山地域风电场的建设而言，工期更是容易受到影响。请参考图2～图3-6，图2为现有技术中具有一定抑制振动功能的塔筒结构示意图；图3-1～图3-6分别为圆柱涡脱(绕流脱体)与雷诺数六个区间的关系示意图，雷诺数(Re)的六个区间从图3-1至图3-6分别是，Re﹤5、5＜Re﹤15、40＜Re﹤150、150＜Re﹤3×105、3×105＜Re﹤3×106、Re＞3×106。根据物体结构周围气流绕流模式的不同，将结构分为钝体和像飞行器的机翼或船帆这样的流线体。当Re﹤5时，流体流动将附着在圆柱体的整个表面上，即流动不分离。当5＜Re﹤40时，流动仍然是对称的，但出现了流动分离，在背风面形成两个对称排列的稳定漩涡，随着雷诺数的增大漩涡向外拉长，发生畸形。40＜Re﹤150时，从雷诺数Re＝40开始，漩涡将从圆柱体表面后方交替脱落，流入到圆柱体背后附近流体中形成剪切层，不稳定的剪切层很快卷成漩涡，向下游流动，形成卡门涡街，即涡激振动。此时的漩涡脱落是规则的，且具有周期性。150＜Re﹤300时，是从层流向紊流过渡的转变期，此时周期性的漩涡脱落被不规则的紊流所覆盖。300＜Re﹤3×105时，称为亚临界区，圆柱体尾流在分离后主要表现为紊流尾流，漩涡脱落开始不规则，涡脱频率的周期可以大致定出，但涡脱时的干扰力将不再对称，而是随机的。3×105＜Re﹤3×106时，称为超临界区，漩涡脱落点向后移动，已经无法辨认涡街，成了完全无周期的涡流。3×106＜Re，称为跨临界区，圆柱体后方尾流十分紊乱，但又呈现出有规律的漩涡脱落。当均匀气流流经(横掠、绕流)钝体(圆柱体)时，在圆柱体横断面背后产生的周期性的漩涡脱落会对结构物(塔筒表面接触面)产生一个周期性变化的作用力——涡激力。被绕流的塔筒结构物下端与地下的地基基础构成单自由端振动体系(即塔筒的上端浸没在空气流中，塔筒最下端被固定在地基基础上)，当漩涡脱落频率与塔筒结构物的某阶自振频率相一致时，塔筒表面受到的周期性的涡激力(不平衡力)将引起塔筒体系结构的涡激共振(vortex-inducedvibration)响应。涡脱频率等于结构体系的塔筒及其基础振动体系的固有频率的条件，是在一定风速下才能满足的，但是固有频率为的塔筒及其基础振动体系将对漩涡的脱落产生某种反馈作用，使得涡脱的频率在一定的风速范围内被塔筒及其基础振动体系的振动频率所“俘获”，使其在这一风速范围内不随着风速的改变而改变，这种现象被称为锁定，锁定将扩大塔筒结构受涡激发生共振的风速范围。现代大型MW级风力发电机组的塔筒高度可达60～100m，塔筒10顶部装有主机架、副机架、轮毂和叶片(即风轮机20)等主要部件。风力发电机组运行时，塔筒10受到的载荷除了顶部零部件产生的重力和风轮旋转产生的动载荷外，还要受到自然风的作用，包括顺风向和横风向两种作用形式。风吹动叶轮旋转时会对塔筒产生弯矩和力，这种由顺风向产生的弯矩和力是塔筒10发生破坏的主要原因。风绕过塔筒10时产生的涡流还会引起使塔筒10发生共振破坏的横向振动。风吹过塔筒10时，尾流左右两侧产生成对的、交替排列的及旋转方向相反的反对称漩涡，即卡门漩涡。漩涡以一定频率脱离塔筒10，使塔筒10发生垂直于风向的横向振动，也称风诱发的横向振动，即涡激振动。当漩涡的脱离频率接近塔筒固有频率时，塔筒10容易发生共振而破坏。图2中，在塔筒10外壁缠绕设置螺旋线10a(或螺旋板)，用来抑制塔筒10表面发生的旋涡脱落。其中，螺旋线10a(或螺旋板)在不同的螺距布置时，有不同的横向振荡抑制效果；螺旋线10a高度增加利于破坏涡街发放周期，涡街生成及发放更不规则，利于抑制涡激振动，同时噪声、塔筒本文档来自技高网...

【技术保护点】
外表面具有引风沟槽(101)以抑制涡激振动的围护结构，其特征在于，所述围护结构的外表面设有若干向上以及若干向下倾斜的引风沟槽(101)，若干所述引风沟槽(101)沿所述围护结构的高度方向、周向分布，上风向来流经所述引风沟槽(101)后向上或向下偏离并能够形成旋涡。

【技术特征摘要】
1.外表面具有引风沟槽(101)以抑制涡激振动的围护结构，其特征在于，所述围护结构的外表面设有若干向上以及若干向下倾斜的引风沟槽(101)，若干所述引风沟槽(101)沿所述围护结构的高度方向、周向分布，上风向来流经所述引风沟槽(101)后向上或向下偏离并能够形成旋涡。2.如权利要求1所述的外表面具有引风沟槽(101)以抑制涡激振动的围护结构，其特征在于，所述引风沟槽(101)呈弧形，以使所述上风向来流进入所述引风沟槽(101)并从其出风口流出后能够形成漩涡。3.如权利要求2所述的外表面具有引风沟槽(101)以抑制涡激振动的围护结构，其特征在于，沿高度方向，相邻的上、下所述引风沟槽(101)一一对应且倾斜方向相反；相邻且出风口相对的上、下所述引风沟槽(101)，引出的气流能够相互碰撞形成旋涡。4.如权利要求2所述的外表面具有引风沟槽(101)以抑制涡激振动的围护结构，其特征在于，沿高度方向，相邻的上、下所述引风沟槽(101)倾斜方向相反且错离布置，相邻且出风口朝向相反的上、下所述引风沟槽(101)，引出的气流相邻时能够交汇形成旋涡。5.如权利要求2-4任一项所述的外表面具有引风沟槽(101)以抑制涡激振动的围护结构，其特征在于，沿周向，倾斜向上的所述引风沟槽(101)与倾斜向下的所述引风沟槽(101)依次间隔布置。6.如权利要求5所述的外表面具有引风沟槽(101)以抑制涡激振动的围护结构，其特征在于，沿周向，相邻的所述引风沟槽(101)突出方向相反；沿高度方向，相邻的所述引风沟槽(101)倾斜方向和突出方向均相反。7.如权利要求2所述的外表面具有引风沟槽(...

【专利技术属性】
技术研发人员：马盛骏，
申请(专利权)人：北京金风科创风电设备有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11