[发明专利]风力发电机组塔架叠层环形橡胶隔振装置

说明书

技术领域

本发明属于结构工程技术领域，具体涉及一种风力发电机组塔架叠层环形橡胶隔振装置。

背景技术

随着人口数量的增加，能源和环境成为当前人们面临的两大主要问题。风能作为太阳能的一种特殊形式，具有清洁、可再生、分布广泛等特点，因此开发并利用风能发电无疑是解决这两大问题的一个重要途径。近十年以来，世界风电发展迅速，而中国风电又领跑世界，截止2013年底，中国风电总装机容量已达到91412MW，连续5年蝉联第一。风力发电塔是一种特殊结构，风机叶片的旋转循环作用会对塔筒产生周期动力荷载，同时在脉动风荷载的作用下还可能产生强烈的振动。目前风电的发展趋势，一方面，为获得更大的电力生产能力，风机的功率不断增大，导致其尺寸和重量都大幅度增加，为了把机舱和叶轮等部件举到风速更大的设计高度处运行，需要采用更高的支撑塔架。另一方面，风电开始从陆地向海上发展，越来越多的海上风力发电场相继被建立起来，相对于陆上风电，海上风力发电塔不仅要受到更强的风荷载作用，还会受到波浪、潮汐和北方海域的冰激振动等作用。这两种趋势最终都有可能使风力发电塔的振动更加严重，而风力发电塔振动的最大危害就是使塔筒连接部位和其上的某些机舱构件产生疲劳破坏，塔架材料的强度大大降低，缩短塔架使用寿命。

目前，在风力发电塔振动控制方面的技术主要是在塔身安装阻尼器，通过阻尼器的振动频率和结构的振动频率调谐实现减振。根据房屋建筑结构中隔震装置的设计原理，本发明提出一种叠层环形橡胶隔振装置，从隔振的角度实现对风力发电塔的振动控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风力发电机组塔架叠层环形橡胶隔振装置，用于减小大型风力发电塔的振动。

本发明提出的装置安装在机舱下部，连接机舱和塔筒，通过装置的隔振作用，一方面削弱机舱内机械装置和叶片转动引起的上部振动向下传递给塔架，另一方面隔离地震作用下地面运动对机舱和叶片的影响，延长机组零件的疲劳寿命。

本发明提供的风力发电机组架叠层环形橡胶隔振装置，包括过渡段1、连接环4、橡胶层5和钢板层6，其中：所述橡胶层5和钢板层6为环形结构，环形橡胶层5和环形钢板层6交替叠加，通过硫化，得到叠层环形橡胶部分，所述连接环4为两个，位于上面的连接环4底部设有第一凸块，位于下面的连接环4顶部设有第二凸块，所述叠层环形橡胶部分位于第一凸块和第二凸块之间，所述叠层环形橡胶部分与两个连接环通过硫化连接成一体，构成连接环一体型；所述钢板层6厚度为橡胶层5厚度的0.5-0.8倍，根据钢板层的径向宽度与橡胶层径向宽度的大小关系，钢板层的宽度可以大于橡胶层的宽度，构成钢板露出型，或者钢板层的宽度可以小于橡胶层的宽度，构成钢板内置型；位于上面的连接环4顶部通过位于上部的过渡段1与机舱底部法兰相连，位于下面的连接环4底部通过位于下部的过渡段1与塔筒法兰相连。

本发明提出的风力发电机组架叠层环形橡胶隔振装置，包括过渡段1、连接环4、橡胶层5、钢板层6、封环8和埋头螺栓9，其中：所述橡胶层5和钢板层6为环形结构，环形橡胶层5和环形钢板层6交替叠加，通过硫化，得到叠层环形橡胶部分，所述连接环4为两个，位于上面的连接环4底部设有第一凹槽，位于下面的连接环4顶部设有第二凹槽，所述叠层环形橡胶部分顶部通过封环8和埋头螺栓9固定于第一凹槽内，所述叠层环形橡胶部分底部通过封环8和埋头螺栓9固定于第二凹槽内，所述叠层环形橡胶部分与两个封环通过硫化连接成一体，构成连接环加封环型；所述钢板层6厚度为橡胶层厚度的0.5-0.8倍，根据钢板层的径向宽度与橡胶层径向宽度的大小关系，钢板层的宽度可以大于橡胶层的宽度，构成钢板露出型，或者钢板层的宽度可以小于橡胶层的宽度，构成钢板内置型；位于上面的连接环4顶部通过位于上部的过渡段1与机舱底部法兰相连，位于下面的连接环4底部通过位于下部的过渡段1与塔筒法兰相连。

本发明中，过渡段和连接环需要满足强度和刚度要求，过渡段长度、橡胶种类、层数和厚度以及钢板厚度，需根据风机型号和预期隔振效果等计算确定。

本发明中，钢材层需进行防腐处理，叠层环形橡胶部分需添加保护层。

本发明对大型风力发电机组塔架的振动控制效果显著，具有如下有益效果：

1. 本发明将风力发电塔上部机舱、叶片和下部塔筒隔离起来，通过改变橡胶的种类、层数和厚度等参数，可以调节叠层环形橡胶的刚度，从而使机舱和叶片的自振频率实现可控。通过对自振频率的调节，可以使其避开容易引起共振的区段，从源头上减少共振这种强烈振动的发生。