[发明专利]一种用于风电结构减振的复合式液体-颗粒调谐阻尼装置

说明书

本发明公开了一种用于风电结构减振的复合式液体‑颗粒调谐阻尼装置，包括外壳、内壳、粘滞液体和颗粒球。内壳安装到外壳内，内壳内设置有若干颗粒球。内壳与外壳之间注有粘滞液体。可根据风电塔的实际情况确定装置的安装形式、位置及数量，塔筒振动时，粘滞液体产生反向的惯性作用，水头损失、液体与外壁之间相互作用消耗塔筒的能量，发挥调谐液体阻尼系统的作用，淹入粘滞液体的内壳压缩了液体运动的空间，提高了调谐液体阻尼系统的阻尼，增强了控制能力；同时内壳中颗粒球通过滚动、摩擦、碰撞耗能减振，起到了滚动式调谐质量阻尼系统的效能；两系统相互依托、相互配合，具有响应频带宽、反应敏感的优点，在各个方向均有较好的减振效果。

技术领域

本发明涉及土木工程结构振动控制领域，具体涉及一种在风电结构中使用的阻尼装置。

背景技术

随着国家经济繁荣、科技发展，能源已成为当今社会进步的重要基础。我国国力突飞猛进的背后，是能源的大量开采与利用，这导致了严重的环境问题。因此，开发绿色、环保的新能源成为了国家解决环境资源问题的重要途径。我国风能资源丰富、对环境影响低且产能较高，因此风力发电成为了能源开发利用的新兴趋势。

风电机是一种高耸结构，时刻面临严峻的荷载环境。其中横向荷载尤其是风荷载会使结构产生严重的振动问题，从而导致结构的疲劳损伤甚至破坏。因此，风电结构的振动控制成为了急需解决的问题。调谐质量阻尼器在控制结构振动方面的有效性已在很多文献中证实，但是其减振频带窄、占据空间大等缺点使其难以成为风电结构减振的理想方案。而调谐液柱阻尼器具有构造简单、经济性、对振动敏感的优点，但也同时存在空间利用方面的问题。因此，研制一种新型高效的阻尼器十分必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于风电结构减振的复合式液体-颗粒调谐阻尼器。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种用于风电结构减振的复合式液体-颗粒调谐阻尼装置，包括外壳、内壳、粘滞液体、颗粒球和封板。

所述外壳为竖直设置的圆柱体结构，外壳的内部中空，外壳的上端封闭，下端敞口。所述封板与外壳的下端敞口密闭连接。

所述内壳安装到外壳内，内壳为竖直设置的圆柱体结构，内壳的内部中空，内壳的上端敞口，下端封闭。所述内壳的中空部分记为内腔S，内腔S内设置有若干颗粒球。

所述内壳的上端连接到外壳的顶板上，下端与封板存在间隙。所述内壳的外壁与外壳的内壁之间存在外腔H，外腔H内注有粘滞液体，内壳的下端浸泡在粘滞液体内，粘滞液体的液面与外壳的顶板存在间隙。

进一步，所述内壳的底部为向下凹陷的球形曲面。

本发明的有益效果在于：

1.本发明装置适用于陆上风电塔架以及海上风电塔架的振动控制，适用范围广；

2.本发明装置的安装方式及布置形式灵活：可根据风电结构内部空间选择不同形式，如落地式或悬挂式，可沿塔筒高度方向在塔筒内平台上依次布置，布置间距、数量由实际控制需求确定；也在同一水平高度沿塔筒圆截面一周均匀安置若干个，或是同一水平高度进行单一安置；

3.塔筒振动时，本发明装置中的粘滞液体会产生反向的惯性作用，通过水头损失、粘滞液体与外壳之间相互作用消耗塔筒的能量，形成调谐液体阻尼系统，淹入粘滞液体的内壳压缩了粘滞液体运动的空间，提高了该调谐液体阻尼系统的阻尼，增强了控制能力；同时，内壳中的颗粒球通过滚动、摩擦、碰撞耗能减振，形成滚动式调谐质量阻尼系统；

4.本发明的调谐液体阻尼系统可根据粘滞液体的深度、外壳尺寸、内壳尺寸调节频率，滚动式调谐质量阻尼系统可通过改变内壳底部的球形曲面的曲率及颗粒球半径调节频率，并根据工程需求调整颗粒球数量、粗糙程度和摩擦系数；

5.本发明装置响应频带宽、反应敏感具有出色的减振效果，避免了调谐质量阻尼器减振频带窄、响应迟缓的缺点。