本发明专利技术提供的一种高柔塔风力发电机组塔筒结构减振装置，包括滑轨、弹簧质量块动力系统、滑动连接结构和弹性连接结构，其中，所述滑轨设置有多个，多个滑轨沿塔筒的轴线方向排布在塔筒的外侧壁上；置于中间位置的滑轨上滑动连接有弹簧质量块动力系统；剩余的每个滑轨上均滑动连接有滑动连接结构；所述弹性连接结构用于将相邻滑轨上设置的质量块以及滑动连接结构依次连接；本发明专利技术涉及的结构减振装置，既可以吸收风力发电机组塔筒二阶固有频率振动能量形成耗散，又可以破坏相关塔筒激振条件，起到高柔塔风力发电机组塔筒结构减振的作用；该装置设计、制造、安装简单，成本低、重量轻，对塔筒自身安全性影响小。
【技术实现步骤摘要】
一种高柔塔风力发电机组塔筒结构减振装置
本专利技术属于风力发电机组塔筒结构减振，特别涉及一种高柔塔风力发电机组塔筒结构减振装置。
技术介绍
随着水平轴风力发电机组单机容量大型化的发展趋势不断推进，为捕获更优质风能资源、提升发电量，增加塔筒高度是可行选择之一。同时为了降低成本，机组部件轻量化技术工作进展显著，塔筒重量、刚度相应下降，综合多方面影响，塔筒固有频率呈下降趋势。根据流体力学圆柱绕流原理，圆柱位于流场中，在一定来流速度情况下，其尾流会形成反对称排列的涡街。根据流体力学涡激振动原理，当涡从附着表面脱落，会影响到附着表面压力分布，从而形成规律交替的压力变化，相当于对塔筒施加一个数值等于涡分离频率的固定频率激励。而对于高柔塔，正常运行过程中塔筒涡分离频率恰好和其二阶固有频率接近，驱使其出现“扭腰”型的振动能量累积，严重危害塔筒乃至机组安全。结构减振装置，通常称为调谐质量阻尼器。针对高耸建筑一阶固有频率设计的调谐质量阻尼器，由于建筑内空间利用的需要，通常以集中质量的形式安装在建筑顶部；针对风力发电机组塔筒一阶固有频率设计的调谐质量阻尼器，由于机舱内空间利用的需要，通常以单摆形式吊装在塔筒顶部。该种结构减振装置通常具有良好效果，已经得到非常广泛的应用，但高塔结构二阶固有频率振型在顶部无变形，所以对于“扭腰”型振动的抑制作用不明显。针对风力发电机组塔筒二阶固有频率设计的调谐质量阻尼器，通常选择以容器盛放液体/撞球等，通过设计液体晃动/撞球碰撞来吸收和抑制塔筒二阶固有频率振动能量的累积。为达到较好的减振效果，其质量需满足一定要求，自身较重情况下会选择放置在塔筒内部平台上。优点是便于制造、节约成本、安装简单，缺点是：(1)塔筒平台设计时并未考虑其动力学特性，不一定可以将调谐质量阻尼器放置到最利于吸收“扭腰”型振动的高度；(2)占用塔筒内部空间，影响运维人员作业；(3)阻尼器内部结构复杂，不利于塔筒整体精细化建模、定量评估减振效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高柔塔风力发电机组塔筒结构减振装置，解决了现有的用于高柔塔的结构减振装置存在的上述不足。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术提供的一种高柔塔风力发电机组塔筒结构减振装置，包括结构减振装置本体，所述结构减振装置本体包括滑轨、弹簧质量块动力系统、滑动连接结构和弹性连接结构，其中，所述滑轨设置有多个，多个滑轨沿塔筒的轴线方向排布在塔筒的外侧壁上；置于中间位置的滑轨上滑动连接有弹簧质量块动力系统；剩余的每个滑轨上均滑动连接有滑动连接结构；所述弹性连接结构用于将相邻滑轨上设置的质量块以及滑动连接结构依次连接。优选地，多个滑轨置于同一竖直平面内，且滑轨所在安装平面垂直于来流方向。优选地，所述弹簧质量块动力系统包括质量块和弹簧，其中，质量块和弹簧均套装在滑轨上；所述弹簧的一端固定在滑轨的固定端，另一端固定在质量块上。优选地，所述滑动连接结构为滑环或滑块。优选地，所述弹性连接结构为绳索或弹簧。优选地，所述弹簧质量块动力系统的固有频率与塔筒二阶固有频率相等。优选地，所述弹簧质量块动力系统所在滑轨的安装高度为塔筒二阶固有频率对应振型幅值极大的塔筒高度。优选地，所述该结构减振装置本体的安装高度为以塔筒二阶固有频率作为固定频率形成脱落涡街现象的塔筒高度。优选地，当场址存在单一主风向时，设置有一组结构，一组结构包括两个结构减振装置本体，两个结构减振装置本体位于同一竖直平面内，对称布置在塔筒的外侧壁上，安装平面垂直于来流方向；当场址存在多个主风向时，设置有多组结构，每组结构的安装平面分别垂直于风速达到涡街激励塔筒二阶固有频率振动的来流方向。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种高柔塔风力发电机组塔筒结构减振装置，通过弹簧质量块动力系统吸收塔筒振动，激励起质量块与滑轨间的相对运动，同时质量块牵拉弹性连接结构产生摆动；而质量块与滑轨间的阻尼作用、弹性连接结构变形作用均实现系统动能的耗散；弹性连接结构在流场中摆动影响塔筒附近流速分布，破坏其涡激振动形成条件；从而，使塔筒的结构减振装置能以轻质量有效消减塔筒结构二阶固有频率振动；本专利技术涉及的结构减振装置，既可以吸收风力发电机组塔筒二阶固有频率振动动能形成耗散，又可以破坏相关塔筒激振条件，起到高柔塔风力发电机组塔筒结构减振的作用；该装置设计、制造、安装简单，成本低、重量轻，对塔筒自身安全性影响小。附图说明图1是本专利技术涉及的结构减振装置的结构示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术进一步详细说明。如图1所示，本专利技术提供的一种高柔塔风力发电机组塔筒结构减振装置，包括结构减振装置本体，所述结构减振装置本体包括滑轨2、质量块3、弹簧4、滑动连接结构5和弹性连接结构6，其中，滑轨2设置有多个，多个滑轨2沿塔筒1的轴线方向排布在塔筒1的外侧壁上；置于中间位置的滑轨2上套装有质量块3和弹簧4，弹簧4的一端固定在滑轨2的固定端，另一端固定在质量块3上。剩余滑轨2上套装有滑动连接结构5。相邻滑轨2上设置的质量块3以及滑动连接结构5之间通过弹性连接结构6依次连接。多个滑轨2位于同一竖直平面内。滑轨2的自由端设置有挡块，限制质量块3以及滑动连接结构5行程范围。滑轨2为直线型导轨，数量可根据设计要求确定；其用于约束质量块3和滑动连接结构5的运动方向，通过摩擦作用为质量块3提供阻尼。质量块3为集中质量，安装在滑轨2上，在弹簧4的作用下，沿滑轨2往复振动，数量可根据设计要求确定；其用于为弹簧质量块动力系统提供集中质量。质量块3与滑轨2之间存在相对运动，通过阻尼作用耗散系统动能；牵拉弹性连接结构6产生摆动。弹簧4为机械弹簧，在滑轨2上连接质量块3与滑轨2的固定端，随质量块3的运动产生变形，数量与质量块3相同；为弹簧质量块动力系统提供回复力。滑动连接结构5为滑环或滑块，安装在滑轨2上，可沿滑轨2移动，数量可根据设计要求确定；为弹性连接结构6提供边界约束，张开弹性连接结构6。弹性连接结构6为绳索或弹簧，连接相邻滑轨2上的质量块3、滑动连接结构5；传递质量块3振动，扰动塔筒附近流场；通过变形作用(松弛、张紧)耗散系统动能。本专利技术结构减振装置的工作原理描述如下：当风力发电机组在运行过程中来流风速达到一定临界值，塔筒1尾流会形成反对称排列的涡街，根据流体力学涡激振动原理，涡脱落引起的压力变化会以固定频率激励的效果作用在塔筒1上。对于高柔塔而言，该激励频率与塔筒二阶固有频率接近，塔筒表现出“扭腰”型振动。通过已安装在塔筒1外表面的滑轨2，将振动传递到弹簧质量块动力系统中，激励起质量块3与滑轨2间的相对运动，同时质量块3牵拉弹性连接结构6产生摆动。弹簧质量块动力系统的受迫振动是从塔筒系统吸收二阶固有频率振动动能，而质量块3与滑轨2间的阻尼作用、弹性连接结构6变形作用均实现系统本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高柔塔风力发电机组塔筒结构减振装置，其特征在于，包括结构减振装置本体，所述结构减振装置本体包括滑轨(2)、弹簧质量块动力系统、滑动连接结构(5)和弹性连接结构(6)，其中，所述滑轨(2)设置有多个，多个滑轨(2)沿塔筒(1)的轴线方向排布在塔筒(1)的外侧壁上；/n置于中间位置的滑轨(2)上滑动连接有弹簧质量块动力系统；/n剩余的每个滑轨(2)上均滑动连接有滑动连接结构(5)；/n所述弹性连接结构(6)用于将相邻滑轨(2)上设置的质量块(3)以及滑动连接结构(5)依次连接。/n
【技术特征摘要】
1.一种高柔塔风力发电机组塔筒结构减振装置，其特征在于，包括结构减振装置本体，所述结构减振装置本体包括滑轨(2)、弹簧质量块动力系统、滑动连接结构(5)和弹性连接结构(6)，其中，所述滑轨(2)设置有多个，多个滑轨(2)沿塔筒(1)的轴线方向排布在塔筒(1)的外侧壁上；
置于中间位置的滑轨(2)上滑动连接有弹簧质量块动力系统；
剩余的每个滑轨(2)上均滑动连接有滑动连接结构(5)；
所述弹性连接结构(6)用于将相邻滑轨(2)上设置的质量块(3)以及滑动连接结构(5)依次连接。
2.根据权利要求1所述的一种高柔塔风力发电机组塔筒结构减振装置，其特征在于，多个滑轨(2)置于同一竖直平面内，且滑轨(2)所在安装平面垂直于来流方向。
3.根据权利要求1所述的一种高柔塔风力发电机组塔筒结构减振装置，其特征在于，所述弹簧质量块动力系统包括质量块(3)和弹簧(4)，其中，质量块(3)和弹簧(4)均套装在滑轨(2)上；所述弹簧(4)的一端固定在滑轨(2)的固定端，另一端固定在质量块(3)上。
4.根据权利要求1所述的一种高柔塔风力发电机组塔筒结构减振装置，其特征在于，所述滑动连接结构(5)为滑环或滑块...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑磊，林伟荣，许扬，袁晓旭，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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