一种基于刚度可调式动力吸振器的风机塔架减振方法技术

本发明专利技术涉及一种基于刚度可调式动力吸振器的风机塔架减振方法，通过增设基于磁流变弹性体的理化特性设计刚度可调式动力吸振器，利用其励磁性的软铁颗粒在磁场的作用下磁化而彼此产生相互作用力，因相互作用力的大小和方向的不同会导致模量不同的特性，通过改变磁流变弹性体时变激励电流i可调节动力吸振器刚度在(k

【技术实现步骤摘要】
一种基于刚度可调式动力吸振器的风机塔架减振方法


[0001]本专利技术涉及风电机组振动控制领域，具体涉及一种基于刚度可调式动力吸振器的风机塔架减振方法。

技术介绍

[0002]我国的风电机组装机容量取得了长足发展。新装风电机组趋于单机容量更高、结构尺寸更大的方向发展，这对风电机组塔架结构稳定性提出更高的要求。风机塔架结构稳定性受风载荷、地震等自然因素影响，考虑制造、运输、安装等成本因素，单纯依靠增加塔架自身结构刚度来提高结构稳定性的方法既不经济也不科学。动力吸振器作为一种风机塔架减振方法主要分为主动式减振和被动式减振两大类，主动式减振需要系统提供额外的电气阻尼且控制链较复杂，在地震、台风等极端条件下会受到限制；被动式减振具有构造简单，维护方便、可靠性高等优点，目前被广泛应用于风机塔架减振技术中。但传统的被动式动力吸振器由于结构参数固定，其减振频带窄，它对偏离设计频率范围的外部激励，减振效果很差甚至有增加振动的趋势。基于此，丞需寻找一种既不依赖电气阻尼又具有宽频带且适用于风机塔架的减振方法。

技术实现思路

[0003]针对上述情况，为克服现有技术之不足，本专利技术之目的就是提供一种基于刚度可调式动力吸振器的风机塔架减振方法，可有效解决风机塔架高效自调节减振的问题。
[0004]本专利技术采用的技术方案是：
[0005]一种基于刚度可调式动力吸振器的风机塔架减振方法，包括以下步骤：
[0006]S1：将刚度可调式动力吸振器安装在风机塔架的上端部用于减振；
[0007]刚度可调式动力吸振器的固有频率ω2为：
[0008][0009]其中，k2为动力吸振器的刚度，m2为动力吸振器的质量；
[0010]通过改变时变激励电流i可调节动力吸振器的剪切刚度k2在(k
2,min
～k
2,max
)范围内变化，使得刚度可调式动力吸振器的固有频率ω2在(ω
2,min
～ω
2,max
)范围内变化；
[0011]S2：对风机塔架的时域振动信号进行采集；
[0012]将加速度传感器安装在风电机组的风机塔架上端，获取风电机组风机塔架的振动信息；
[0013]S3：利用海明窗函数和快速傅里叶变换法对时域振动信号进行处理，获得风机塔架一阶自振频率；
[0014]在外界环境激励下，加速度传感器测量风机塔架一段时间t内的时域振动信号s(t)；但该信号s(t)在频域内表现为集中分布在某一频率附近的区间上，存在较大的频域误差；
[0015]通过海明窗函数对时域振动信号进行处理；
[0016]所述海明窗函数为：
[0017][0018]式中：n＝1,2,3,......N，N是采样点数；
[0019]对时域振动信号s(t)进行快速傅里叶变换前，先利用窗函数对信号进行处理，其表达式为：
[0020]s
t
(t)＝s(t)
×
h(n)
[0021]进一步地，获取该时域振动信号的频谱S
t
(ω)：
[0022][0023]式中：e为自然常数；ω为角频率；j为复数虚部单位；
[0024]则该段t内的频率ω
t
表示为：
[0025][0026]选取峰值最大的点对应的频率作为风机塔架的一阶自振频率ω1；
[0027]S4：利用最小二乘法，拟合刚度可调式动力吸振器的时变激励电流i随风机塔架一阶自振频率ω1的变化曲线i＝f(ω1)；
[0028]S5:风机塔架一阶自振频率ω1是需要减振的目标；基于刚度可调式动力吸振器的刚度变化范围，判断ω1是否在刚度可调式动力吸振器减振频率范围(ω
2,min
～ω
2,max
)为内；若是，基于 i＝f(ω1)，触发时变激励电流i，进而调节动力吸振器刚度k2，引导动力吸振器的固有频率ω2与ω1相当，达到减振效果。
[0029]所述刚度可调式动力吸振器的剪切刚度为：
[0030][0031]式中：k2是动力吸振器的剪切刚度；G0是无磁场作用时有效剪切模量；p是剪切厚度； A是有效剪切面积，当有磁场作用在动力吸振器时，其剪切刚度为：
[0032][0033]其中ΔG是因磁场作用而产生的模量变化量，其表达式为：
[0034][0035]β＝(μ
p
‑
μ
f
)
×
(μ
p
+2μ
f
)
[0036]式中：是磁性颗粒在磁流变弹性体中所占体积；μ
f
和μ
p
分别是磁性颗粒和弹性基体的相对磁导率；μ0是真空磁导率；H是施加磁场大小，来源于电流；R是磁性颗粒的平均半径； d是磁性颗粒之间的距离；ζ是常数，取1.202；基于毕奥
‑
萨法尔定律，时变激励电流i与磁场H的关系表达式：
[0037]H＝λ
×
i
[0038]式中，λ是比例常数。
[0039]由以上可知，时变激励电流i可调节动力吸振器刚度在(k
2,min
～k
2,max
)范围内变化。
[0040]本专利技术通过增设基于磁流变弹性体的理化特性设计刚度可调式动力吸振器，利用其励磁性的软铁颗粒在磁场的作用下磁化而彼此产生相互作用力，因相互作用力的大小和方向的不同会导致模量不同的特性，通过改变磁流变弹性体时变激励电流i可调节动力吸振器刚度在 (k2,min～k
2,max
)范围内变化，进而使得刚度可调式动力吸振器的固有频率ω2在(ω
2,min
～ω
2,max
)范围内变化。通过加速度传感器采集风机塔架的振动信号，获取风机塔架一阶自振频率ω1，调节刚度可调式动力吸振器的固有频率ω2，使得ω2与ω1相当，达到减振效果。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：
[0041](1)设计了一种用于风机塔架减振的刚度可调式动力吸振器，和主动式吸振器相比，具有结构简单，控制链可靠的优点；和被动式吸振器相比，具有刚度可调、减振频带宽的优点。
[0042](2)将海明窗函数用于风机塔架一阶自振频率识别，提高振动模态识别效率；建立动力吸振器刚度和风机塔架一阶自振频率函数关系式，使减振频率自调节更加高效迅速。
附图说明
[0043]图1为本专利技术动力吸振器安装位置示意图。
[0044]图2为本专利技术加速度传感器安装位置示意图。
[0045]图3为本专利技术风机塔架减振方法流程图。
[0046]图4为本专利技术应用例风机塔架上原始振动信号。
[0047]图5为本专利技术应用例窗函数处理后的振动信号。
[0048]图6为本专利技术应用例获取该时域振动信号的频谱图。
[0049]图7为本专利技术应用例动力吸振器固有频率范围图。
[005本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于刚度可调式动力吸振器的风机塔架减振方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将刚度可调式动力吸振器安装在风机塔架的上端部用于减振；刚度可调式动力吸振器的固有频率ω2为：其中，k2为动力吸振器的刚度，m2为动力吸振器的质量；通过改变时变激励电流i可调节动力吸振器的剪切刚度k2在(k
2,min
～k
2,max
)范围内变化，使得刚度可调式动力吸振器的固有频率ω2在(ω
2,min
～ω
2,max
)范围内变化；S2：对风机塔架的时域振动信号进行采集；将加速度传感器安装在风电机组的风机塔架上端，获取风电机组风机塔架的振动信息；S3：利用海明窗函数和快速傅里叶变换法对时域振动信号进行处理，获得风机塔架一阶自振频率；在外界环境激励下，加速度传感器测量风机塔架一段时间t内的时域振动信号s(t)；但该信号s(t)在频域内表现为集中分布在某一频率附近的区间上，存在较大的频域误差；通过海明窗函数对时域振动信号进行处理；所述海明窗函数为：式中：n＝1,2,3,......N，N是采样点数；对时域振动信号s(t)进行快速傅里叶变换前，先利用窗函数对信号进行处理，其表达式为：s
t
(t)＝s(t)
×
h(n)进一步地，获取该时域振动信号的频谱S
t
(ω)：式中：e为自然常数；ω为角频率；j为复数虚部单位；则该段t内的频率ω
t
表示为：选取峰值最大的点对应的频率作为风机塔架的一阶自振频率ω1；S4：利用最小二乘法，拟合刚度可调式动力吸振器的时变激励电流i随风机塔架一阶...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁卓，张文涛，夏亚磊，李勇，张军科，朱侯超，
申请(专利权)人：中国大唐集团科学技术研究院有限公司中南电力试验研究院，
类型：发明
国别省市：