[发明专利]采用多维减振装置的多风轮多向集能式风力发电机塔

说明书

本发明公开了采用多维减振装置的多风轮多向集能式风力发电机塔，属于风力发电以及结构抗震抗风领域。包括大型叶片、小型叶片、陀螺仪减振装置、风轮连接装置、桨片旋转装置、塔架、悬臂调谐减振装置、输出能源用电缆、限位墙、陀螺外支撑轴、陀螺转子、陀螺内支撑轴、环形框筒、万向滚动球铰、调谐质量块、悬挑架、悬臂段、传动系统、变速箱等。该风力发电机塔提供多个方向的桨片，增加了风力发电机的受力面积，在风向不稳定的时候，同时吸收来自各个方向的风能并转化为电能，能够提高风力使用效率。减振装置相结合更加有效的提高风力发电机在风荷载作用下以及地震动作用下抗震能力，使得该风力发电机塔能够更加安全、长久的进行风力发电作业。

技术领域

本发明涉及一种针对风力发电机塔采用多维减振装置的多风轮多向集能式的结构，属于风力发电以及结构抗震抗风领域。

背景技术

随着经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，对各种资源和能源的需求也在日益增多。其中电能对人类日常生活起着必不可少的作用。而目前使用效率和转换率最高的是通过燃烧煤、天然气等非可再生资源，这些资源虽然使用较为成熟，但数量日益减少，因此寻求其他方式获得电能是当今重要的工程问题。随着科技的进步，人们开始不断研究和开发各种可再生资源来进行电能转换，其中风能的特点是清洁环保和可再生，且其分布范围十分广泛，发展风力发电还可以改善环境、抑制沙漠化、降低沙尘暴带来的影响。目前传统风能的利用方式是通过风力发电机塔将风能转化为电能。风力发电机塔一般安装在风能资源丰富的地区，多为平均风速高、风能密度高的平原、海岸等远离市区的偏远地区。目前主流的风力发电机为单桨片构造，但是许多地区的自然风方向多变，风力大小不定，含单桨片的风力发电机的风能利用效率较低，不利于风能的有效采集，因此提高风能利用率是亟需开展的一项工作。针对这个问题，本发明提出一种采用多维减振装置的多风轮多向集能式风力发电机塔。该风力发电机塔提供多个方向的桨片，增加了风力发电机的受力面积，可以在风向不稳定的时候，同时吸收来自各个方向的风能，并将其转化为电能，相比于单桨片结构，能够大大提高风力使用的效率。

此外，风力发电机塔是一种高度较高、横截面相对较小、横向荷载起主要作用的细长构筑物，属于高耸结构，其水平刚度偏小，对风荷载和地震作用敏感，易产生较大水平变形，严重时可能出现破坏甚至倒塌，其抗振性能和安全性亟需提高。有关风力发电机塔结构动力特性及减振控制的研究日益受到重视。目前适用于高耸结构减振控制的装置主要包括：粘滞阻尼器、调谐质量阻尼器、调谐液体阻尼器和调谐弹簧阻尼器等。这些减振装置机理明确，经过优化分析和正规制作及安装可以达到较好的减振效果。然而，高耸结构振动的最优控制位置通常在顶部，但该位置偏柔且内部空间有限，导致质量和体积需求均较大的传统调谐阻尼器在实际应用中受到制约。针对上述问题，有必要提出新型减振装置，以其他方式有效降低高耸结构的动力反应。陀螺仪是一种基于角动量守恒理论设计出来的用来传感与维持方向的装置，具有提供向心力和使结构保持原有重心的能力。本发明建议采用陀螺仪减振装置作为减振装置。陀螺仪主要由陀螺转子、框架和附件等组成，在飓风或地震等动力作用下，位于轴心的陀螺转子以极高速度旋转，将产生向心力、惯性、抗力，使陀螺转子的旋转轴指向固定的方向，该性质被称为定轴性。这种特性可以有效的降低结构在风荷载和地震作用下的动力响应。并且陀螺仪减振装置质量小，空间占有率小，适合风力发电机这种高耸结构。

针对风力发电机塔此类内部空间有限的高耸结构，本发明还提出分布式悬臂调谐减振装置，其不需要占用较大空间的弹簧，而仅通过悬臂段和调谐质量块垂直于需要控制变形的方向并布置于塔内壁，形成具有适当刚度和调谐质量的调谐质量阻尼器，并由于体积较小，可以安装多个装置实现分布式布置。

按照上述发明思路，将螺旋仪减振装置置于风力发电机塔的顶部，将悬臂调谐减振装置置于风力发电机塔的内壁。两种减振装置相结合可以更加有效的提高风力发电机在风荷载作用下以及地震动作用下抗震能力。

发明内容