[实用新型]风电机组用防涡激共振阻尼器

说明书

本实用新型涉及一种风电机组用防涡激共振阻尼器，包括塔筒内壁、运动槽、球体，运动槽焊接固定在塔筒内壁上形成一个闭封圈环形结构，闭封圈环形结构内布有多个可在运动槽内自由运动的球体。球体为钢球、铝球、铜球、铁球、石球中的一种；球体直径在10cm‑20cm之间，数量在10‑30个。运动槽为Ω形导向槽、四边形导向槽、圆形导向槽、梯形导向槽、三角形导向槽中的一种。本实用新型结构简单，使用较低的成本，即解决了风电吊装、运行过程中的涡激共振现象；大大节省了安装时间，延长了风电机组使用寿命。用较低的成本创造了较大的经济效益；且原料简单易得，大大节省了塔筒内部有效空间，对塔筒外观没有影响。

技术领域

本实用新型涉及一种用于风电机组吊装和运行时的阻尼设备，尤其是一种用于消除风机塔筒在吊装过程中因风载荷作用，产生的涡激和塔筒的共振的阻尼器。

背景技术

涡激(也称涡激-vortex)。其形成原理为：流速较高的流体，在穿过圆柱物体时在圆柱体后面形成漩涡；当雷诺数达到一定量级，漩涡即呈现不对称分布；当漩涡反对称交叉排列，并且涡激间距h与相邻涡激的距离L之比L/h＝2.806时，涡激是稳定的，即所谓卡门涡激。当涡激稳定后，漩涡按照一定频率从圆柱体后脱落，漩涡每脱落一次，其周围压力相应变化一次，压力变化产生力的变化；因此，稳定的涡激能引起周期性的横向力和纵向力，从而使圆柱体发生周期性震动。

当圆柱体在流体中的自振频率与涡激产生的横向力频率吻合时，而系统内部阻尼又非常低，圆柱体就会发生剧烈共振；导致结构损伤，最终危及整个工程的安全。

典型的，传统圆柱形构件，如超高风电塔筒在吊装以及运行时即会有此现象。随着风机塔筒高度越来越高，塔筒自身频率越来越低，更易形成涡激共振。

塔筒吊装时，塔筒如果发生涡激现象，则会出现塔筒大幅晃动，上层塔筒或者机舱无法和下层塔筒对接，延误安装工期和安装精度。

风电机组运行时，叶片运转破坏风力场，不会有涡激；但一旦停机，如果叶片处于若干位置(不能破坏局部风力场)，也有可能继续发生涡激现象；如果继续发生涡激现象，系统则会有较大振幅，从而降低整体机组寿命，危机工程项目安全。此时需要引入永久防涡激共振系统。

涡激共振的本质在于频率，即机组或塔筒本身固有频率和涡激频率一致，会发生共振现象，这种现象加剧振幅。因此，消除涡激共振，关键在于破坏风场或改变系统的频率。本案例中需要风机系统频率，方式主要有：增加系统质量，降低系统刚度，引入阻尼防止共振这三种方式。

一般地，对于风塔吊装时候有涡激共振现象，只要风塔高度不是太高(不高于120m)风塔频率在0.2HZ以上，在装载好机舱(100吨左右，通过改变系统重量从而改变系统频率)之后，即可阻止系统运行中的涡激共振；因此，此时(风塔不高)的涡激共振防止，需重点在防止塔筒吊装对接时候的涡激共振，即可。一般可采用，拉线法、贴临时扰流条/扰流片法等。拉线法即，采用临时缆风绳，将塔筒拉住，固定住，本质上改变了系统的共振频率，约束了振幅，晃动减小，使得塔筒或机舱可以顺利对中、安装。但拉线法操作困难，需要塔筒预留锚点，拉线需要地面汽车辅助牵拉，需要预留道路等，实际操作过程中不具备普遍性。扰流条/片法本质上为改变固定风力场，使风场不再稳定，风力场不能形成稳定涡激，无法形成涡激共振。但扰流条法会造成塔筒外观非常难看，影响风机整体美观；且，扰流条/扰流片为塑料或发泡橡胶制品，在风机20年使用寿命周期内，会有剥落失效的不确定性，给风机全寿命周期平稳运行带来隐患。

特别地，对于特殊风塔，高度超过120m或者风塔本身频率较低情况，即便在装好机舱和叶片后，在风机停机时，整机依然存在涡激共振的可能性。此时便需要安装永久阻尼设备。