一种用于漂浮式海上风力发电机的复合式嵌套压电阻尼器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于漂浮式海上风力发电机的复合式嵌套压电阻尼器，包括多层嵌套的球型腔体，各球型腔体内部装有液体(10)并留有空气，最外层球型腔体(5)内壁以及其余球型腔体的内外壁分别设有压电陶瓷片(2)，最内层球型腔体(7)内部还设有耗能钢珠(4)；相邻球型腔体通过第一弹性耗能组件固定连接，最外层球型腔体(5)通过第二弹性耗能组件与风力发电机(14)内壁连接。与现有技术相比，本发明专利技术具有多种耗能机制，耗能效果好，可将原本耗散的能量加以利用，提高能量的利用率。

A composite embedded piezoelectric damper for floating offshore wind turbine

The invention relates to a composite nested piezoelectric damper for floating offshore wind turbine, which comprises a multi-layer nested spherical cavity, each spherical cavity is internally filled with liquid (10) and air is reserved, the inner wall of the outermost spherical cavity (5) and the inner and outer walls of the other spherical cavities are respectively provided with piezoelectric ceramic sheets (2), and the inner wall of the innermost spherical cavity (7) is also provided with energy consuming steel balls (4); adjacent balls The outer spherical cavity (5) is fixedly connected with the inner wall of the wind turbine (14) through the second elastic energy dissipation component. Compared with the prior art, the invention has a variety of energy consumption mechanisms and good energy consumption effect, can utilize the originally dissipated energy and improve the utilization rate of energy.

【技术实现步骤摘要】
一种用于漂浮式海上风力发电机的复合式嵌套压电阻尼器
本专利技术涉及一种压电阻尼器，尤其是涉及一种用于漂浮式海上风力发电机的复合式嵌套压电阻尼器。
技术介绍
风能作为一种清洁可再生能源，正成为当今世界研究的重要方向。相比于固定式海上风力发电机，漂浮式海上风力发电机可以摆脱不同海床条件的束缚，具有良好的机动性，且风能利用率更高。因此，近年来，业内对于海上漂浮式风电技术的关注度正与日俱增，葡萄牙、苏格兰等地区的海上发电场已经陆续组建完工、投入使用。同时，漂浮式海上发电机由于荷载作用产生的振动所带来的问题也引发了广泛的关注。如何在海上环境中更为简便、经济、高效地降低结构的振动,成为海上风力发电技术中一个重要的问题。在服役期间，漂浮式海上发电机受到强风荷载、波浪荷载、地震荷载以及其它相关荷载的作用，产生的多向振动会影响其结构的使用寿命和安全性能。但是，现有的阻尼器具有较为明显的缺陷：(1)对竖向第三维的减振能力有限；(2)振动的机械能通过热能、塑性变形能等方式耗散，振动控制能力弱且能量利用率低。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于漂浮式海上风力发电机的复合式嵌套压电阻尼器。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于漂浮式海上风力发电机的复合式嵌套压电阻尼器，包括多层嵌套的球型腔体，各球型腔体内部装有液体并留有空气，最外层球型腔体内壁以及其余球型腔体的内外壁分别设有压电陶瓷片，最内层球型腔体内部还设有耗能钢珠；相邻球型腔体通过第一弹性耗能组件固定连接，最外层球型腔体通过第二弹性耗能组件与风力发电机内壁连接。优选地，所述的最内层球型腔体内部设有多层底板，所述的多层底板将该球型腔体分割成多个独立空间，各独立空间的底板上均设置多个耗能钢珠，所述的底板上均设有压电陶瓷片。优选地，各底板上的耗能钢珠包括直径为50mm-500mm的多种规格的钢珠。优选地，所述的耗能钢珠表面均匀附着有粘弹性阻尼材料，所述的粘弹性阻尼材料由高分子化合物组成。优选地，所述的第一弹性耗能组件包括耗能弹簧和压电陶瓷片，所述的耗能弹簧两端对应连接球型腔体，所述的压电陶瓷片固定在耗能弹簧下方。优选地，所述的第二弹性耗能组件包括弹性压电片和耗能弹簧，所述的弹性压电片一端通过万向铰与最外层球型腔体固定连接，另一端通过卡槽与风力发电机内壁固定连接，所述的耗能弹簧两端分别固定连接最外层球型腔体和风力发电机内壁。优选地，各球型腔体内侧壁还设有多个缓冲垫片，所述的缓冲垫片沿球型腔体内侧壁等间距均匀分布。优选地，所述的缓冲垫片的材质为橡胶、塑料、泡沫、针织棉或玻璃纤维中的一种或多种。优选地，各球型腔体内部液体的体积占球型腔体体积的2/3以上。优选地，最外层球型腔体内壁以及其余球型腔体的内外壁还设有交错排布的挡板，所述的挡板的高度为相邻球型腔体间隙的1/2～2/3。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：(1)本专利技术各球型腔体内均设有液体且最内层球型腔体内部设有耗能钢珠，采用调谐液体阻尼和颗粒阻尼结合的方式，有效提高了耗能能力并且降低了工作时的噪音；(2)本专利技术各层球型腔体通过耗能弹簧相互连接，最外层球型腔体通过弹性压电片和耗能弹簧与风力发电机连接，在竖向上能够发生明显的振动，从而有效减小漂浮式海上风力发电机的垂荡幅度，解决三维减振问题；(3)本专利技术阻尼器采用以下多种耗能机制，包括：最外层球型腔体通过弹性压电片和耗能弹簧与风力发电机连接，各层球型腔体内部填充液体并设置挡板，最内层球型腔体设置耗能钢珠并填充液体，多种耗能机制协同作用，最大限度提高了阻尼器的减振耗能效率；(4)本专利技术能够有效发电：a、尼器最外层球型腔体通过弹性压电片及耗能弹簧与风力发电机连接，弹性压电片弯曲变形发电，b、各层球型腔体内外壁以及第一弹性耗能组件的耗能弹簧处设置的第一弹性耗能组件同时能够产生电能输出，c、最内层球型腔体中的耗能钢珠碰撞底板上的压电陶瓷片发电，由此为风力发电机的内部电路的日常运行提供电能，提高了能量利用的效率。附图说明图1为本专利技术复合式嵌套压电阻尼器的整体平面示意图；图2为本专利技术复合式嵌套压电阻尼器的四分之一平面示意图；图3为本专利技术复合式嵌套压电阻尼器的局部示意图。其中，1为弹性压电片，2为压电陶瓷片，3为耗能弹簧，4为耗能钢珠，5为最外层球型腔体，6为中间层球型腔体，7为最内层球型腔体，8为缓冲垫片，9为底板，10为液体，11为万向铰，12为导线，13为固定节点，14为风力发电机，15为挡板。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本专利技术并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本专利技术并不限定于以下的实施方式。实施例如图1～3所示，一种用于漂浮式海上风力发电机14的复合式嵌套压电阻尼器，包括多层嵌套的球型腔体，本实施例设置三层球型腔体，分别为最外层球型腔体5、中间层球型腔体6和最内层球型腔体7。各球型腔体内部装有液体10并留有空气，各球型腔体内部液体10的体积占球型腔体体积的2/3以上，在此高度下，液体10能正常晃动产生较大的动侧压力，具体比例可以根据现场情况通过计算、数值模拟确定。最外层球型腔体5内壁以及其余球型腔体的内外壁分别设有压电陶瓷片2，最内层球型腔体7内部还设有耗能钢珠4。最内层球型腔体7内部设有多层底板9，多层底板9将该球型腔体分割成多个独立空间，各独立空间的底板9上均设置多个耗能钢珠4，底板9上均设有压电陶瓷片2。各底板9上的耗能钢珠4包括直径为50mm-500mm的多种规格的钢珠。耗能钢珠4表面均匀附着有粘弹性阻尼材料，粘弹性阻尼材料由高分子化合物组成。各球型腔体内侧壁还设有多个缓冲垫片8，缓冲垫片8沿球型腔体内侧壁等间距均匀分布。缓冲垫片8的材质为橡胶、塑料、泡沫、针织棉或玻璃纤维中的一种或多种，这些材料容易取得，且具有良好的隔声减振效果。当各球型腔体晃动时，缓冲垫片8均能发生耗能，增加耗能机制。相邻球型腔体通过第一弹性耗能组件固定连接，第一弹性耗能组件包括耗能弹簧3和压电陶瓷片2，耗能弹簧3两端对应连接球型腔体，压电陶瓷片2固定在耗能弹簧3下方。这样的弹簧设置保证了各个球型腔体可以在三维方向上有效振动，也提供了一定的支撑，防止内外层的碰撞，进而使得阻尼器发生损坏。最外层球型腔体5通过第二弹性耗能组件与风力发电机14内壁连接，第二弹性耗能组件包括弹性压电片1和耗能弹簧3，弹性压电片1一端通过万向铰11与最外层球型腔体5固定连接，另一端通过卡槽与风力发电机14内壁固定连接，此处形成固定节点13，耗能弹簧3两端分别固定连接最外层球型腔体5和风力发电机14内壁。试验表明，万向铰11可以提供较大的转动范围，且转动中心会随着弹性压电片1及耗能弹簧3的变形而不断变动，可以更好的应对各个方向振动，并均匀有效地分配给各弹性压电片1及耗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于漂浮式海上风力发电机的复合式嵌套压电阻尼器，其特征在于，包括多层嵌套的球型腔体，各球型腔体内部装有液体(10)并留有空气，最外层球型腔体(5)内壁以及其余球型腔体的内外壁分别设有压电陶瓷片(2)，最内层球型腔体(7)内部还设有耗能钢珠(4)；/n相邻球型腔体通过第一弹性耗能组件固定连接，最外层球型腔体(5)通过第二弹性耗能组件与风力发电机(14)内壁连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于漂浮式海上风力发电机的复合式嵌套压电阻尼器，其特征在于，包括多层嵌套的球型腔体，各球型腔体内部装有液体(10)并留有空气，最外层球型腔体(5)内壁以及其余球型腔体的内外壁分别设有压电陶瓷片(2)，最内层球型腔体(7)内部还设有耗能钢珠(4)；
相邻球型腔体通过第一弹性耗能组件固定连接，最外层球型腔体(5)通过第二弹性耗能组件与风力发电机(14)内壁连接。


2.根据权利要求1所述的一种用于漂浮式海上风力发电机的复合式嵌套压电阻尼器，其特征在于，所述的最内层球型腔体(7)内部设有多层底板(9)，所述的多层底板(9)将该球型腔体分割成多个独立空间，各独立空间的底板(9)上均设置多个耗能钢珠(4)，所述的底板(9)上均设有压电陶瓷片(2)。


3.根据权利要求2所述的一种用于漂浮式海上风力发电机的复合式嵌套压电阻尼器，其特征在于，各底板(9)上的耗能钢珠(4)包括直径为50mm-500mm的多种规格的钢珠。


4.根据权利要求1所述的一种用于漂浮式海上风力发电机的复合式嵌套压电阻尼器，其特征在于，所述的耗能钢珠(4)表面均匀附着有粘弹性阻尼材料，所述的粘弹性阻尼材料由高分子化合物组成。


5.根据权利要求1所述的一种用于漂浮式海上风力发电机的复合式嵌套压电阻尼器，其特征在于，所述的第一弹性耗能组件包括耗能弹簧(3)和压电陶瓷片(2)，所述的耗能弹簧(3)两...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁正，欧阳辉，殷峥琪，何智亮，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31