【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风力机塔筒风振风险快速防控，更具体地，涉及一种基于间断等离子体激励器的风力机塔筒涡振智能控制系统。
技术介绍
1、风力机塔筒因柔度大、阻尼小和重量轻的特点而成为风敏感结构。每年，由于强风、大风引起的塔筒结构破坏甚至倒塌的事故时有发生，造成严重的经济损失。调查结果显示，强风、大风诱发的塔筒涡激共振是导致风力机倒塌的主要原因。由此可见，涡激共振是塔筒服役阶段不容忽视的现实问题。
2、风力机塔筒通常为外表面光滑且内部中空的圆柱形结构。强风、大风在塔筒表面某一点发生流动分离，并在塔筒上、下侧形成交替脱落的卡门涡街，由此产生周期性变化的涡激力，涡激力的周期作用引起塔筒涡激振动。当尾流中的旋涡脱落频率接近塔筒固有频率时，塔筒发生涡激共振，此时旋涡脱落频率在相当长的风速范围内被塔筒自振频率所“锁定”。频率锁定的发生会使结构振幅显著增大，并导致塔筒受到周期性疲劳应力，此时横风向高振幅振动会引起结构疲劳损伤甚至破坏，从而缩短塔筒使用寿命，降低风力机发电效率。因此，需要对塔筒的涡激共振进行控制，尽量避免其发生或者限制其振幅。
3、近年来，不少专家学者开发了针对塔筒涡激共振的控制技术，这些控制技术归纳起来可以分成两类，即机械控制技术与流动控制技术。例如专利(申请号：202010621967.7)公开了一种基于电流变效应的风力机塔筒减振系统，其在塔筒壁内部埋设电流变液浇筑管，通电后通过电流变液刚度的增大来减少塔筒振动。但是，该专利所采用的电流变液浇筑管、电流变液和连接钢板等构件会大幅增大塔筒自重，使得塔筒倾倒的可能
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种基于间断等离子体激励器的风力机塔筒涡振智能控制系统，该系统可以根据来流方向的变化有针对性地调节间断等离子体激励器的方位，并根据来流速度的大小实时调节间断等离子体激励器的作用强度，间断等离子体激励器能够诱导出由暴露电极指向掩埋电极的壁面射流，使得塔筒尾流中卡门涡街的结构发生扭曲破坏、脱落频率降低，从而对塔筒涡激共振的控制作用达到最佳效果。
2、本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
3、基于间断等离子体激励器的风力机塔筒涡振智能控制系统，包括风速风向传感器、智能控制器、等离子体电源、旋转装置和间断等离子体激励器；所述间断等离子体激励器包括暴露电极、掩埋电极和绝缘层，所述暴露电极和掩埋电极非对称贴附于所述绝缘层的两侧，塔筒高度方向为所述绝缘层的长度方向，沿所述绝缘层长度方向设置多对所述暴露电极和掩埋电极，相邻两对所述暴露电极和掩埋电极之间具有间隙并通过导线连接；所述风速风向传感器固定于风力机的机舱顶部并与所述智能控制器连接，所述智能控制器连接着所述旋转装置的驱动电机和所述等离子体电源，所述等离子体电源与所述间断等离子体激励器连接，所述间断等离子体激励器通过所述旋转装置安装在塔筒的激励器布置区域处；当外部来流激发塔筒产生涡激共振时，所述风速风向传感器将测得的风速和风向信息传输给所述智能控制器，所述智能控制器首先根据风向信息激活所述旋转装置的驱动电机使得所述间断等离子体激励器围绕塔筒轴线转动至塔筒背风侧，然后根据风速信息调控所述等离子体电源给所述间断等离子体激励器提供高频高压，所述间断等离子体激励器通过诱导的壁面射流使得塔筒尾流中卡门涡街的结构发生扭曲破坏、脱落频率降低，进而抑制塔筒的振动幅值。
4、进一步地，所述旋转装置包括上支撑板和下支撑板，所述上支撑板和下支撑板都通过螺栓与塔筒的法兰进行连接，在所述上支撑板和下支撑板上都设有多个驱动电机，所述上支撑板与正下方的上旋转板通过轴承进行连接，所述下支撑板与正上方的下旋转板通过轴承进行连接，所述上旋转板和下旋转板与所述驱动电机相接触的边缘用齿轮条啮合，所述驱动电机通过齿轮条推动所述上旋转板和下旋转板同时围绕塔筒轴线转动，所述间断等离子体激励器安装在所述上旋转板和下旋转板之间并随着所述上旋转板和下旋转板同步围绕塔筒轴线转动。
5、进一步地，所述间断等离子体激励器通过所述旋转装置固定在塔筒段的外部，所述间断等离子体激励器的总数量为偶数且不少于四个，多个所述间断等离子激励器共用同一个所述绝缘层，整个绝缘层的左右两端连接有挡风条，整个绝缘层的上下两端分别与相应的所述上旋转板和下旋转板进行固定，所述暴露电极和掩埋电极分别位于所述绝缘层的外侧和内侧并且分别连接着所述等离子体电源的高压端和低压端，每个所述间断等离子体激励器在通电之后都诱导出由暴露电极指向掩埋电极的壁面射流。
6、进一步地，所述间断等离子体激励器以相同圆心角从绝缘层的左右两端向中间进行贴附，并且左右对称地设置在所述绝缘层的表面，所述间断等离子体激励器的总数量为偶数且不少于四个，相邻的所述间断等离子体激励器之间的圆心角为10°～40°。
7、进一步地，多对所述暴露电极和掩埋电极为间断的直线形铜片，铜片厚度为0.05～10mm，铜片宽度为3～100mm，相邻的上下铜片用导线连接且竖向间距为25～1500mm。
8、进一步地，所述绝缘层与塔筒段的径向间距为50～250mm，所述绝缘层的材质为聚四氟乙烯、聚酰亚胺或者氧化铝陶瓷，厚度为5～35mm。
9、进一步地，所述间断等离子体激励器所在的区域为所述激励器布置区域，所述激励器布置区域所包含的塔筒段的数量不少于一个，所述旋转装置与塔筒的固定位置为相邻塔筒段之间的法兰。
10、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
11、(1)本专利技术利用间断等离子体激励器电离经过的近表面空气，在毫秒之内引起足以破坏卡门涡街原有结构和频率的局部扰动，不需要额外气源，大幅提升控制系统的响应速度，同时大幅降低控制系统的构件重量、复杂程度和构造成本，因此本专利技术具有响应速度快、重量较轻、结构简单和成本较低的优点。
12、(2)本专利技术通过设置可转动的旋转装置，使得间断等离子体激励器能够围绕塔筒轴线旋转，不需要用间断等离子体激励器包裹整个塔筒，可以针对不同来流方向及时调整间断等离子体激励器的方位并使其始终位于能够抑制卡门涡街产生的最佳位置，实现全方位的智能减振控制，因此本专利技术适用于任意来流方向并能随之灵活调整控制系统的方位。
13、(3)本专利技术可以针对不同来流速度，利用智能控制器求得间断等离子体激励器本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于间断等离子体激励器的风力机塔筒涡振智能控制系统，其特征在于：所述控制系统包括风速风向传感器、智能控制器、等离子体电源、旋转装置和间断等离子体激励器；所述间断等离子体激励器包括暴露电极、掩埋电极和绝缘层，所述暴露电极和掩埋电极非对称贴附于所述绝缘层的两侧，塔筒高度方向为所述绝缘层的长度方向，沿着所述绝缘层的长度方向设置多对所述暴露电极和掩埋电极，相邻两对所述暴露电极和掩埋电极之间具有间隙并通过导线连接；
2.根据权利要求1所述的风力机塔筒涡振智能控制系统，其特征在于，所述旋转装置包括上支撑板和下支撑板，所述上支撑板和下支撑板都通过螺栓与塔筒的法兰进行连接，在所述上支撑板和下支撑板上都设有多个驱动电机，所述上支撑板与正下方的上旋转板通过轴承进行连接，所述下支撑板与正上方的下旋转板通过轴承进行连接，所述上旋转板和下旋转板与所述驱动电机相接触的边缘用齿轮条啮合，所述驱动电机通过齿轮条推动所述上旋转板和下旋转板同时围绕塔筒轴线转动，所述间断等离子体激励器安装在所述上旋转板和下旋转板之间并随着所述上旋转板和下旋转板同步围绕塔筒轴线转动。
3.根据权利要求1所述
4.根据权利要求3所述的风力机塔筒涡振智能控制系统，其特征在于，所述间断等离子体激励器以相同圆心角从绝缘层的左右两端向中间进行贴附，并且左右对称地设置在所述绝缘层的表面，相邻的所述间断等离子体激励器之间的圆心角为10°～40°。
5.根据权利要求3所述的风力机塔筒涡振智能控制系统，其特征在于，多对所述暴露电极和掩埋电极为间断的直线形铜片，铜片厚度为0.05～10mm，铜片宽度为3～100mm，相邻的上下铜片用导线连接且竖向间距为25～1500mm。
6.根据权利要求3所述的风力机塔筒涡振智能控制系统，其特征在于，所述绝缘层与塔筒段的径向间距为50～250mm；所述绝缘层的材质为聚四氟乙烯、聚酰亚胺或者氧化铝陶瓷，厚度为5～35mm。
7.根据权利要求1所述的风力机塔筒涡振智能控制系统，其特征在于，所述间断等离子体激励器所在的区域为所述激励器布置区域，所述激励器布置区域所包含的塔筒段的数量不少于一个，所述旋转装置与塔筒的固定位置为相邻塔筒段之间的法兰。
...【技术特征摘要】
1.基于间断等离子体激励器的风力机塔筒涡振智能控制系统，其特征在于：所述控制系统包括风速风向传感器、智能控制器、等离子体电源、旋转装置和间断等离子体激励器；所述间断等离子体激励器包括暴露电极、掩埋电极和绝缘层，所述暴露电极和掩埋电极非对称贴附于所述绝缘层的两侧，塔筒高度方向为所述绝缘层的长度方向，沿着所述绝缘层的长度方向设置多对所述暴露电极和掩埋电极，相邻两对所述暴露电极和掩埋电极之间具有间隙并通过导线连接；
2.根据权利要求1所述的风力机塔筒涡振智能控制系统，其特征在于，所述旋转装置包括上支撑板和下支撑板，所述上支撑板和下支撑板都通过螺栓与塔筒的法兰进行连接，在所述上支撑板和下支撑板上都设有多个驱动电机，所述上支撑板与正下方的上旋转板通过轴承进行连接，所述下支撑板与正上方的下旋转板通过轴承进行连接，所述上旋转板和下旋转板与所述驱动电机相接触的边缘用齿轮条啮合，所述驱动电机通过齿轮条推动所述上旋转板和下旋转板同时围绕塔筒轴线转动，所述间断等离子体激励器安装在所述上旋转板和下旋转板之间并随着所述上旋转板和下旋转板同步围绕塔筒轴线转动。
3.根据权利要求1所述的风力机塔筒涡振智能控制系统，其特征在于，所述间断等离子体激励器通过所述旋转装置固定在塔筒段的外部，所述间断等离子体激励器的总数量为偶数且不少于四个，多个所述间断等离子激励器共用同一个所述绝缘层，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张学文，沈炼，周帅，王汉封，雷旭，罗海银，潘小旺，
申请(专利权)人：长沙学院，
类型：发明
国别省市：
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