[发明专利]用于风机结构面外振动控制的调谐质量阻尼器

说明书

本发明涉及一种用于风机结构面外振动控制的调谐质量阻尼器，包括弹簧阻尼系统和撬体，弹簧阻尼系统连接在风机机舱前部与撬体之间，所述弹簧阻尼系统包括刚性连接杆、刚性连接板、螺旋弹簧和粘滞阻尼器，所述刚性连接杆一端固定于风机机舱前部，另一端通过刚性连接板与所述螺旋弹簧的一端和所述粘滞阻尼器的一端固定连接，所述螺旋弹簧和所述粘滞阻尼器的另一端与撬体相连，构成被动式调谐质量阻尼器；所述撬体的整体作为被动式调谐质量阻尼器的质量块，内置包括齿轮箱、刹车盘和发电机在内的风机机舱内部设备。

技术领域

本发明涉及一种被动式调谐质量阻尼器(Tune mass damper，TMD)，用于控制水平轴式风机结构面外方向(水平轴向)的振动，属于风电技术领域。

背景技术

风机依靠巨大的叶片将空气动能转化为机械能进而带动发电机发电，其叶片在面外方向(垂直于叶片旋转平面方向)承受较大的风载荷，是风机结构发生振动的主要载荷来源。由于风机叶片在面内方向(叶片旋转平面方向)承受的风载荷较小，造成了风机基础结构具有面外振动水平远大于面内的振动特征。为保障风机结构的安全平稳运行，尤其是服役环境更加恶劣的海上风机，需要对风机结构面外方向(主振动方向)的振动进行必要的控制。

目前，安装TMD是实现对风机结构振动控制的主要手段。根据TMD的工作原理，可将其分为被动式、半主动式和主动式系统，其中被动式TMD系统因其结构简单、反应灵敏、成本低而在土木工程结构广泛应用。然而，常规被动式TMD系统很难在风机结构上应用，这是由于：(1)风机机舱内部空间狭小，难以容纳TMD的质量块，使得TMD系统无法在机舱内部安装；(2)塔筒顶部虽然具备一定的安装空间，但安装于塔顶内部的TMD无法随风机偏航转动而转动，一旦当风机叶片旋转平面跟随风向发生改变时(为了最大程度的捕获风能，具有偏航系统的风机始终会保持风机叶片旋转平面与风向垂直)，无法有效对风机主振动方向进行有效控制，且将TMD安装于塔顶内部会影响人员进入机舱内部进行检修，工程应用可行性较差。

为保证被动式TMD的振动控制方向始终于与风机叶片面外方向一致，解决安装于风机机舱内部的工程难题，本发明利用机舱内部设备的质量，设计了一种可满足风机面外方向振动控制的调谐质量阻尼器。

发明内容

本发明提供一种利用风机机舱内部质量作为TMD质量块的被动式调谐质量阻尼器，为水平轴式风机结构的面外方向振动控制提供了一种可行的方案。本发明通过以下技术方案实现的：

一种用于风机结构面外振动控制的调谐质量阻尼器，包括弹簧阻尼系统和撬体，弹簧阻尼系统连接在风机机舱前部与撬体之间，其特征在于：

所述弹簧阻尼系统包括刚性连接杆、刚性连接板、螺旋弹簧和粘滞阻尼器，所述刚性连接杆一端固定于风机机舱前部，另一端通过刚性连接板与所述螺旋弹簧的一端和所述粘滞阻尼器的一端固定连接，所述螺旋弹簧和所述粘滞阻尼器的另一端与撬体相连，构成被动式调谐质量阻尼器；

所述撬体的整体作为被动式调谐质量阻尼器的质量块，内置包括齿轮箱、刹车盘和发电机在内的风机机舱内部设备。

优选地，所述的调谐质量阻尼器还包括用以锁紧撬体的导向锁紧梁和锁紧机构，锁紧机构包括液压缸、活塞杆和锁紧插头，固定于导向锁紧梁上方，锁紧机构与固定于撬体顶部的导向锁紧梁配合工作；导向锁紧梁包括导向梁、刚性圆柱体和锁紧孔，导向梁关于刚性圆柱体对称布置，其长度大于撬体最大运动幅值的一半，刚性圆柱体内部开有锁紧孔，锁紧孔端部设置有利于锁紧插头顺利插入的倒角，液压缸用于在需要锁紧时驱动活塞杆伸长，使得锁紧插头插入锁紧孔。

所述的调谐质量阻尼器还包括轴向限位器，所述轴向限位器由轴向限位挡板和粘滞碰撞层组成，所述轴向限位挡板用于限制撬体发生大幅度滑动；所述粘滞碰撞层可以吸收所述撬体撞击所述轴向限位挡板的能量，起到保护所述轴向限位器和增加耗能的作用。

所述的调谐质量阻尼器还包括侧向限位器，所述侧向限位器布置于所述撬体两侧。