模块式内置PTRMD预制混凝土块和风机振动控制方法技术

本发明专利技术提供了模块式内置PTRMD预制混凝土块和风机振动控制方法，通过将内置滚球式碰撞调谐质量阻尼器PTRMD的模块式空腔混凝土预制件放置于Spar型海上浮式风机的底部，在不影响结构使用功能的情况下，有效地减少了桅杆式风机平台在复杂海况下的俯仰振动。本发明专利技术降低了结构的振动幅值，解决了Spar型风机在强风浪耦合作用产生持续的大幅度俯仰振动，提升了Spar型风机的使用寿命。本发明专利技术的预制件进行模块化设计，实现了Spar型海上浮式风机振动的一体化控制功能；本发明专利技术具有TRMD构造简单、无需弹簧和阻尼元件，维护成本低的优点，又具有碰撞阻尼器鲁棒性强，控制频带宽的优点。控制频带宽的优点。控制频带宽的优点。

【技术实现步骤摘要】
模块式内置PTRMD预制混凝土块和风机振动控制方法


[0001]本专利技术属于结构振动控制
，具体涉及模块式内置PTRMD预制混凝土块和风机振动控制方法。

技术介绍

[0002]风能作为一种常见且容易开发的清洁能源，具有分布广泛，储量大，无污染的特点，引起了重视并得到广泛应用。风能开发具有非常大的潜能，必然成为能源架构中重要组成部分。对于风能的主要开发方式为风力发电，根据风电场的开发位置，风力发电机分为陆上风力机和海上风力机两大类。
[0003]海上风机包括近海固定式风机、张力腿(TLP)式漂浮式风机、驳船式(Barge)漂浮式风机、半潜式漂浮式风机、桅杆(Spar)式漂浮式风机。
[0004]现有组装的海上风机主要采用近海固定式基础，但是近海风机仍然存在陆上风机的很多缺点，例如会带来噪音和视觉污染等。而远海风机不仅能避免这些缺点，而且离岸较远海域还有着风力资源更加丰富、湍流强度小、风力更稳定等优点，因此远海风机必将是海上未来的发展趋势。但远海地区具有更加复杂的海上环境。
[0005]Spar型浮式平台的水线面积小，所受的波浪力较小，垂荡性能较好，但容易由于风浪耦合作用而发生大幅度的俯仰振动。在复杂的海况下，仅依靠提高结构强度和刚度来增强Spar平台承受外部荷载的能力是非常不经济的，所以进行振动控制是非常必要的。
[0006]对于陆上风机和近海桩基式风机，通常采用扭矩和桨距控制来改善风机的运行状况，一般要求控制频率小于系统振动主频，但对于浮式风机的平台平动自由度的振动频率都非常小，导致控制频率难以小于结构振动主频，使得该控制可能会产生负阻尼甚至较大的共振运动。漂浮式风机受到长时间不间断的宽频带分布的波浪和风荷载，传统的调谐质量阻尼器(TMD)控制频段窄，无法满足风机所需要的控制效果。
[0007]滚动调谐质量阻尼器(TRMD)由小球和轨道组成。小球的重力分量提供恢复力，小球和轨道之间的滚动摩阻力代替传统的阻尼元件消耗能量，从而减少了弹簧元件和阻尼元件。相比传统的调谐质量阻尼器(TMD)系统，TRMD构造简单，可靠性高、制作方便，维护成本低。
[0008]碰撞调制质量阻尼器(PTMD)是在TMD的基础上增加粘弹性材料的限位装置。在振动较小时，通过TMD的调谐吸收地震的能量。当振动过大时，TMD与限位装置发生碰撞，会产生碰撞阻尼以热能的形式耗散能量。

技术实现思路

[0009]本专利技术要解决的技术问题是：提供模块式内置PTRMD预制混凝土块和风机振动控制方法，用于减少桅杆式风机平台在复杂海况下的俯仰振动。
[0010]本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种模块式内置PTRMD预制混凝土块体，包括预制空腔混凝土块、小球、粘弹模块、定位装置和连接装置；预制空腔混凝土
块内部设有空腔，空腔中放置有小球；粘弹模块覆盖在空腔上方，用于在小球与粘弹模块碰撞时消耗结构的动能，起到消能减振的作用。
[0011]按上述方案，预制空腔混凝土块的空腔底面涂有防磨涂层，用于减少空腔底面与小球之间的摩擦，延长空腔底面的使用寿命；小球为钢球；粘弹模块采用粘弹性材料制成。
[0012]按上述方案，定位装置包括预埋定位钢管和预留定位孔；从预制空腔混凝土块的顶面俯视，预埋定位钢管与预留定位孔的位置一一对应；预埋定位钢管与预留定位孔的尺寸配合。
[0013]按上述方案，连接装置包括顶板预留连接钢筋和底板预留连接钢筋；顶板预留连接钢筋和底板预留连接钢筋为通长钢筋，用于提升内置PTRMD的预制混凝土块体的顶板抗弯强度以及增强内置PTRMD的预制混凝土块体与外部结构之间的锚固连接强度。
[0014]一种Spar型风机，包括风机平台、n根系泊缆线、塔架、机舱、轮毂、叶片、平台钢壁、压重混凝土、内置PTRMD的预制混凝土块体和配重块；系泊缆线的一端连接风机平台的外部，系泊缆线的另一端连接海底坚硬的岩石用于抑制风机的平动；n根的系泊缆线以关于风机平台的中心对称的位置进行放置，任意两根系泊缆线之间的夹角为(360/n)度；压重混凝土用于提供部分压低风机重心所需的重力；内置PTRMD的预制混凝土块体用于减振耗能和作为压重；配重块设置在风机平台的底部，用于压重和增强平台底部的强度。
[0015]进一步的，平台钢壁采用高强度钢材；配重块采用钢板。
[0016]风机振动控制方法，包括以下步骤：
[0017]模块化预制多个内置PTRMD的预制混凝土块体；
[0018]S1：根据风机预安装位置的海况选择合适的滚球滚动半径；
[0019]S2：根据预安装风机的大小选择合适的滚球重量；
[0020]S3：预制内置PTRMD的预制混凝土块体；
[0021]S4：将内置PTRMD的预制混凝土块体安装至风机平台的底部。
[0022]进一步的，所述的步骤S4中，具体步骤为：
[0023]S41：将第一层内置PTRMD的预制混凝土块体置于风机平台的中心，灌注入略低于第一层内置PTRMD的预制混凝土块体的上表面的压重混凝土；
[0024]S42：将第二层内置PTRMD的预制混凝土块体通过预埋定位钢管和预留定位孔定位放置到第一层的上表面并拼装为多重滚球式碰撞调谐质量阻尼器MPTRMD，并灌注入压重混凝土至略低于第二层内置PTRMD的预制混凝土块体的上表面；
[0025]S43：按步骤S42放置内置PTRMD的预制混凝土块到所需的层数。
[0026]进一步的，所述的步骤S42中，将内置PTRMD的预制混凝土块体拼装为多重滚球式碰撞调谐质量阻尼器MPTRMD的具体步骤为：
[0027]将多个内置PTRMD的预制混凝土块体通过包括预埋定位钢管和预留定位孔的定位装置进行定位；预埋定位钢管在安装时对应插入预留定位孔之中，使相邻的内置PTRMD的预制混凝土块体的顶面与底面配合紧贴，得到多重滚球式碰撞调谐质量阻尼器MPTRMD。
[0028]本专利技术的有益效果为：
[0029]1.本专利技术的模块式内置PTRMD预制混凝土块和风机振动控制方法，通过将内置滚球式碰撞调谐质量阻尼器PTRMD的模块式空腔混凝土预制件放置于Spar型海上浮式风机的底部，相较于放置于机舱或是塔架内可以使用更大质量的滚球，在不影响结构使用功能的
情况下，有效地减少了桅杆式风机平台在复杂海况下的俯仰振动。
[0030]2.本专利技术为解决Spar型风机俯仰振动控制问题提供了一套整体化可行方案，降低了结构的振动幅值，解决了Spar型风机在强风浪耦合作用产生持续的大幅度俯仰振动，以及常规振动控制方法难以奏效、海上设备维护困难等问题，提升了Spar型风机的使用寿命。
[0031]3.本专利技术的预制件进行模块化设计，集海上漂浮式风机振动控制和压载功能于一体，实现了Spar型海上浮式风机振动的一体化控制功能；相较于使用单个调谐质量阻尼器TMD可以获得更宽的控制频带，能更好地应对远海地区的复杂海况。
[0032]4.本专利技术放置于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块式内置PTRMD预制混凝土块体，其特征在于：包括预制空腔混凝土块、小球、粘弹模块、定位装置和连接装置；预制空腔混凝土块内部设有空腔，空腔中放置有小球；粘弹模块覆盖在空腔上方，用于在小球与粘弹模块碰撞时消耗结构的动能，起到消能减振的作用。2.根据权利要求1所述的一种模块式内置PTRMD预制混凝土块体，其特征在于：预制空腔混凝土块的空腔底面涂有防磨涂层，用于减少空腔底面与小球之间的摩擦，延长空腔底面的使用寿命；小球为钢球；粘弹模块采用粘弹性材料制成。3.根据权利要求1所述的一种模块式内置PTRMD预制混凝土块体，其特征在于：定位装置包括预埋定位钢管和预留定位孔；从预制空腔混凝土块的顶面俯视，预埋定位钢管与预留定位孔的位置一一对应；预埋定位钢管与预留定位孔的尺寸配合。4.根据权利要求1所述的一种模块式内置PTRMD预制混凝土块体，其特征在于：连接装置包括顶板预留连接钢筋和底板预留连接钢筋；顶板预留连接钢筋和底板预留连接钢筋为通长钢筋，用于提升内置PTRMD的预制混凝土块体的顶板抗弯强度以及增强内置PTRMD的预制混凝土块体与外部结构之间的锚固连接强度。5.一种Spar型风机，其特征在于：包括风机平台、n根系泊缆线、塔架、机舱、轮毂、叶片、平台钢壁、压重混凝土、内置PTRMD的预制混凝土块体和配重块；系泊缆线的一端连接风机平台的外部，系泊缆线的另一端连接海底坚硬的岩石用于抑制风机的平动；n根的系泊缆线以关于风机平台的中心对称的位置进行放置，任意两根系泊缆线之间的夹角为(360/n)度；压重混凝土用于提供部分压低风机重心所需的重力；内置PTRMD的预制混凝土块体用于减振耗能和作为压重；配重块设置在风机平台的底...

【专利技术属性】
技术研发人员：李书进，李逸飞，张志聪，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：