[发明专利]用于增加风力发电机组系统阻尼的方法及调谐质量阻尼器

说明书

技术领域

本发明属于工程结构减振技术领域，具体涉及一种用于增加风力发电机系统阻尼的方法及调谐质量阻尼器，主要用于风力发电机组的减震，也可用于桥梁、高层建筑等工程中。

背景技术

对于定桨距失速控制型风力发电机组，在环境温度低于-20℃，风速超过额定点以后（大约16-25m/s），在风力发电机组正常运行过程中，会发生无规律的、不可预测的叶片瞬间振动现象，即叶片在旋转平面内的摆振，这种振动有时会发散，导致机组振动迅速增加，造成机组停机，影响机组的正常发电。同时，这种振动对叶片也是有害的，它会导致叶片后缘结构失效，产生裂纹。

叶片的摆振方向的振动根源是由于失速运行时的气动力产生的，是由叶片失速后气动阻尼变为负值所致。它与叶片翼型的静态、动态空气动力特性，叶片的布局（叶片的几何分布），叶片的结构特性（结构阻尼）等有关；其次是复合材料叶片低温时其结构阻尼下降，最后导致总的阻尼下降。解决此问题的主要措施就是要增加系统的阻尼，通过阻尼耗散掉这部分能量。

针对此问题，目前运用较多的方法是在叶片上粘贴失速条，通过失速条来改变叶片的气动特性，进而减少叶片的摆振。该办法能有效耗散摆振能量，但是其会降低风力发电机组的发电效率，减少发电量，这是风场业主不可接受的。

因此，有必要对现有技术进行改进。经初步检索，未发现与本发明技术方案相同或者相似的有关记载。

发明内容

针对现有风力发电机组叶片失速导致系统阻尼下降引起振动，而现在采用的在叶片上贴时速条的方法会降低发电效率减少发电量的技术缺陷，本发明提出了一种用于增加风力发电机系统阻尼的方法及用于实现该方法的调谐质量阻尼器，本发明方法具有易实施、增阻尼效果良好的有点，而阻尼器具有结构合理、增阻尼效果明显、维护方便的优点。

本发明采用的技术方案是：

用于增加风力发电机系统阻尼的方法，在风力发电机组机架尾部设置调谐质量阻尼器，通过调节调谐质量阻尼器的固有频率，使其与机架的摆振频率一致或相近，机架与该调谐质量阻尼器共振时相位角不同，利用该调谐质量阻尼器提供的阻尼吸收叶片的摆振能量，这样能有效地保护风力发电机的结构，消除风力发电机组频繁停机的问题，提高风力发电机组的使用寿命，同时不会对风力发电机组的发电效率产生影响。

进一步地，所述调谐质量阻尼器的固有频率是通过改变调谐质量阻尼器的质量系统的质量或者刚度系统的刚度性能进行调节。

进一步地，所述风力发电机组机架尾部设有多台调谐质量阻尼器，每台调谐质量阻尼器的频率各不相同，即能抑制风力发电机系统多个频率的振动，控制范围更广，效率更高。

进一步地，所述多台调谐质量阻尼器采用由上至下叠加或者采用水平平行的布置方式。

用于增加风力发电机组阻尼的调谐质量阻尼器，包括承载支撑结构、导向系统、质量块系统、刚度系统和阻尼系统，所述承载支撑结构固定在风力发电机组的机架上；所述导向系统固定在所述承载支撑结构上，所述质量块系统置于所述导向系统上，质量块系统沿导向系统的运动；所述刚度系统固定在所述承载支撑结构上，刚度系统与质量块系统连接，为整个调谐质量阻尼器提供刚度；所述阻尼系统固定在所述承载支撑结构上，阻尼系统与质量块系统连接，为整个调谐质量阻尼器提供阻尼。

上述调谐质量阻尼器的工作原理为：当风力发电机组开始振动时，所述调谐质量阻尼器与之共振，其固有频率与风机机舱的摆振频率一致或相近，质量块系统沿导向系统作往复运动，从而带动刚度系统和阻尼系统往复运动，刚度系统和阻尼系统同时工作吸收风机机舱的摆阵能量。

进一步地，所述导向系统为直线导轨副。

进一步地，所述承载支撑结构上设有限位装置，用于限制质量块系统的位移。

进一步地，所述质量块系统包括质量块基座、调节质量块和转接板，所述质量块基座用于放置质量块，所述调节质量块用于调节调谐质量阻尼器的固有频率，所述转接板用于连接所述刚度系统和阻尼系统。

进一步地，所述刚度系统为钢弹簧系统，两个钢弹簧通过连接件首尾相接组成一组钢弹簧系统，钢弹簧系统通过该连接件连接所述质量块系统。

进一步的，所述阻尼系统为液压阻尼系统或者摩擦阻尼系统，其一端固定在所述承载支撑结构上，另一端连接所述质量块系统。