[发明专利]一种基于电流变效应的风力机塔筒减振系统

说明书

本发明公开了一种基于电流变效应的风力机塔筒减振系统，由振动传感器、A/D转换模块、可编程控制器PLC、D/A转换模块、电流传输装置、大容量锂电池、电流变液浇注管、连接钢板组成。固定地埋设在塔筒壁内的电流变液浇注管内有极性分子电流变液，利用此种材料的电流变效应，在接受减振信号时，为电流变液通电便可为增加叶片刚度，为叶片减振。本发明相同能克服传统风力机塔筒工作时的振动问题，且容易实现，技术难度较低，方式新颖。

技术领域

本发明涉及一种基于电流变效应的风力机塔筒减振系统，尤其是一种通过铺设在塔筒壁中的含有电流变液的电流变液浇注管来改变刚度的减振系统，应用在风力机塔筒振动保护领域。

背景技术

在面临全球能源危机和环境污染的大环境下，尽快找到可以对传统化石能源起替代作用的新能源是亟待解决的问题。风能作为一种清洁的可再生能源，已经成为世界各国新能源发展的重要方向。风力发电技术的发展对于调整能源结构、减轻环境污染、解决世界能源危机具有非常重要的意义。在新能源转换及捕获机械中，有一系列问题亟待解决，例如在风力发电机中，以塔筒结构分析为例，塔筒的非线性屈曲分析、顺风向振动分析等一系列分析方法都还没有彻底掌握。所以如何解决塔筒强度问题，成为了风电技术发展的一个重要方面。

国内外已经有在风力作用下关于塔筒断裂或压溃的报道，风力机塔筒的振动主要来自于两个方面，一方面是风力机叶轮转动带来的振动，一方面是在风力和重力作用下的载荷。所以塔筒的振动控制主要着眼点在于塔筒的结构强度和稳定性。塔筒是风电机组的基础支撑，因此结构强度必须满足要求，风电机组受载后塔筒壁不能发生断裂或压溃屈服。塔筒是一种细长结构，其稳定性必须满足要求，受到轴向重力和风载时不能发生屈曲变形。传统技术对于塔筒分析和强度的提高重视程度不足，特别是在风载下塔筒的受力和变形情况，风载作为一种多方向、易突变的外载荷，应全面分析可能带来的结果。本发明提出一种改变塔筒刚度的方法：通过塔筒壁内部附着的装置来改变塔筒刚度，其优势如下：

(1)增加塔筒刚度减少塔筒在外载荷作用下的振动和变形，以较少塔筒因振动而受损的可能性；

(2)通过改变塔筒刚度来避开风力机叶轮的转动频率和机组工作频率，以免发生共振而使得风力机损坏。

发明内容

为解决塔筒振动问题，本发明提出了一种基于电流变效应的风力机塔筒减振系统，通过电流变液材料的电流变效应特性减少塔筒振动及改变本身的固有频率，其原理为当为电流变液通电，则会极大增加电流变液的刚度而表现出接近于固体的形态，从而减少振动和改变本身振动频率。此法可以克服传统风力机塔筒工作时的振动问题，且容易实现，技术难度较低，方式新颖。

为解决上述问题，本发明的构思是：基于电流变效应的风力机塔筒减振系统。在塔筒壁内部埋设电流变液浇筑管，因电流变液浇注管固定在塔筒壁内部，所以电流变液浇注管与塔筒共同受力和变形。当传感器信号传输到控制器，控制器判断为振动过大需要减振时，发出信号使得继电器得电，进而连通电源为电流浇筑管输送电流，浇筑管内的电流变液在输入电流后，因电流变液本身的材料特性，通入电流后电流变液的刚度迅速增大，形态接近固体，以抵抗外部载荷、减少塔筒振动。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种基于电流变效应的风力机塔筒减振系统，包括振动传感器、电流变液浇注管和电气控制系统；所述振动传感器共有2～3只沿竖直方向分布而黏贴于风力机塔筒上部外表面上；所述电流变液浇注管成栅栏状固定于风力机塔筒上部筒壁面上；所述电气控制系统通过一个电气板固定安装在风力机塔筒内；所述振动传感器通过电气控制系统电连接电流变液浇注管；当振动传感器传输信号表明振动过大时，电气控制系统控制电流变液浇注管接通电源，使电流变液浇注管内的电流变液变性而刚度迅速增大，形态接近固态，以抵抗外部载荷，减少塔筒振动。