阅读说明：本技术 一种用于大型风电机塔架内部的单摆式减振装置 (Single-pendulum type vibration damping device used inside large wind turbine tower ) 是由 丁振宇 宋家辉 高增梁 刘和坤 郭礼建 柴洪亮 管陈峰 于 2020-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于大型风力发电机塔状筒体内部的单摆式TMD减振器装置,装置包括顶部支架,质量块,粘滞性阻尼器。所述的顶部支架共四个,均匀的分布在筒体内部来固定悬挂质量块；所述质量块配有承重环；所述质量块的下半球上有凹槽,便于钢丝绳绕过悬吊；所述的粘滞性阻尼器共四个,均匀的分布在每个支架之间的下方,轴线与承重环的水平轴线在一条水平线上,可以起到耗散能量和限制质量块产生较大位移的作用。当塔状筒体因为外部激励而产生晃动时,依靠单摆式TMD的设计,无论从哪个方向产生的晃动,该装置都能产生始终与结构相反的摆动,产生反作用力于主结构上,从而控制结构的振动,并通过粘滞性阻尼器达到耗能减振的目的。(The invention discloses a single pendulum TMD (tuned mass damper) device used in a tower-shaped cylinder of a large wind driven generator. The top supports are four in number and are uniformly distributed in the cylinder body to fix and suspend the mass blocks; the mass block is provided with a bearing ring; a groove is formed in the lower hemisphere of the mass block, so that the steel wire rope can conveniently bypass the suspension; the four viscous dampers are uniformly distributed below each support, and the axes of the four viscous dampers and the horizontal axis of the bearing ring are on the same horizontal line, so that the four viscous dampers can play roles in dissipating energy and limiting the mass block to generate large displacement. When the tower-shaped cylinder body shakes due to external excitation, the device can always swing in the opposite direction to the structure no matter which direction the tower-shaped cylinder body shakes due to the design of the single pendulum TMD, and a reaction force is generated on the main structure, so that the vibration of the structure is controlled, and the purposes of energy consumption and vibration reduction are achieved through the viscous damper.)

一种用于大型风电机塔架内部的单摆式减振装置

技术领域

本发明涉及减振控制领域，具体涉及一种用于大型风电机塔架内部的单摆式减振装置。

背景技术

如今，全球经济迅猛发展，科技不断进步，但与此同时也伴随着能源日益匮乏导致供应紧张以及环境的破坏的问题，所以各国开始对可再生以及无污染的能源重视起来。而在各类的绿色能源中，风能是前景潜力巨大的可再生能源之一。而我国工业制造技术发达，风能资源丰富，所以越来越多的超高型风力发电机被建立起来。但由于风力发电机塔状筒体其自身结构特点使其具有高柔度特点，对风载荷较为敏感，经分析，在实际受风载过程中，横向风的振动即风诱导振动往往比风向的振动大很多，导致立柱振动频繁，立柱自身以及支座部位由于长时间承受疲劳载荷，很容易产生疲劳裂纹，给立柱的结构完整性带来隐患，如何解决立柱的振动问题一直备受关注

从传统的结构设计方法来看，振动控制从仅依靠改变结构自身性能来抵抗环境载荷的方法，逐渐发展为由结构—抗风抗震的。振动控制系统主动地控制结构的动力反应。目前常用的振动控制方法主要包括消振、隔振、动力吸振及阻尼减振等方法。

单摆式调谐质量阻尼器(TMD)主要由摆绳、质量块和阻尼器组成。其工作原理是:调整单摆的摆长使其自振频率接近主结构被控频率，当外力作用在主结构上，单摆随之产生与主结构相反的运动，施加反作用力于主结构上，从而控制结构的振动。而大多数的单摆式阻尼器都是应用在高层建筑上，而且风电机顶部的承重能力不算好，而越高的风力发电机质量就越大，相应的质量块的质量就越大，所以必然对承重能力提出要求。

为 了克服以上弊端，本发明提出了一种用于大型风电机塔架内部的单摆式减振装置。本发明基于共振效应，并结合传统的单摆式TMD设计原理，通过设计顶部支架，可以有效的安装在筒体内部，使其可以在水平向任意方向摆动，实现多自由度的振动控制。

发明内容

本发明目的是提供一种用于大型风电机支撑塔体内部的单摆式TMD减振装置，主要针对高耸结构振动控制，旨在减小其在风振和地震载荷作用下的振动反应，从而达到减振耗能的效果。本发明通过调节摆长来控制TMD减振装置的共振频率，从而迎合塔设备结构的固有频率，进而有效的控制结构的振动效应。该装置通过产生始终与结构相反的摆动，产生反作用力于主结构上，从而控制结构的振动，作用在主结构上的能量通过单摆式TMD的阻尼器耗散，从而控制结构对于外力作用的振动反应。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于大型风电机塔架内部的单摆式TMD减振装置，包括均布在塔体内部的顶部支架、质量块、钢丝绳、粘滞性阻尼器，所述顶部支架包括支架垫板、支座筋板、支座挡板、筋板、和在上方的顶板以及前端的挡板；所述支架垫板通过焊接连接塔体与支座筋板，所述支座挡板通过螺栓与支座筋板连接，筋板通过焊接与支座挡板连接在一起，钢丝绳通过连接两个筋板的螺栓悬吊，所述质量块配有承重环，钢丝绳穿过承重环，并且在质量块的下半球上设有凹槽，钢丝绳绕过该凹槽，所述粘滞性阻尼器一端的粘滞性阻尼器垫板通过焊接与塔体连接，另一端固定于承重环上。

进一步的，所述支架垫板以及粘滞性阻尼器垫板的材质与塔体相同。

进一步的，所述支架垫板以及粘滞性阻尼器垫板的高度高于与之相连的支座筋板以及阻尼器底座的高度。

进一步的，所述焊接结构采用全焊透结构，内外角度圆滑过度，在焊接其余零件之前焊缝进行MT检测，Ⅰ级为合格。

进一步的，所述与支座筋板连接的支座挡板所开螺栓孔的数量依据支座挡板大小而确定。

进一步的，所述筋板的螺栓孔悬吊钢丝绳的两侧空隙采用弹性垫圈填充。

进一步的，所述顶部支架共四个均布在塔体内部周围；所述粘滞性阻尼器共四个，均匀的分布在每个支架之间的下方，轴线与承重环的水平轴线在一条水平线上。

该装置固定悬吊于高耸结构的顶部的内部，在地震或风荷载作用下，被控结构发生振动，带动质量块产生与主结构相反的运动，施加反作用力于主结构上，从而控制结构的振动，作用在主结构上的能量通过单摆式TMD的阻尼器消散，从而控制结构对于外力作用的振动。另外，由于单摆式TMD可以在水平向任何方向摆动，所以可以实现多自由度的振动控制。另一方面，通过调节摆长可以有效的控制单摆式TMD减振器的共振频率，当其频率与塔体的固有频率一致时，即达到最佳的减振效果。

本发明的有益效果如下：

本发明可以通过调节摆长来调节减振装置的共振频率，当接近塔架的固有频率时即达到最佳效果。并且该减振装置做到了结构简单，设计方便，频率调节范围也比较大。

附图说明

图1是本发明的用于大型风电机塔架内部的单摆式减振装置的结构示意图；

图2是顶部支架部分的侧视图；

图3是整个装置的俯视图。

图中：1—塔体，2—质量块，3—支座筋板，4—支架垫板，5—支座挡板，6—筋板，7—顶板，8—挡板，9—钢丝绳，10—粘滞性阻尼器垫板，11—粘滞性阻尼器，12—承重环。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的实施方式。

如图1所示，本发明的用于大型风电机塔架内部的单摆式TMD减振装置安装在塔架内部的顶部周围，包括均布在内部塔体1周向的顶部支架，所述顶部支架包括与塔体焊接的支架垫板4、支座筋板3、支座挡板5、筋板6以及在筋板6上方和前方的顶板7以及挡板8；所述顶部支架有两个筋板6，两个筋板6中间通过螺栓连接用来悬吊钢丝绳9。

所述支座挡板5通过螺栓与支座筋板3连接，筋板6与支座挡板5通过焊接连接在一起，悬吊用的钢丝绳9通过螺栓悬挂在两个筋板6之间，用于悬吊质量块2。

所述质量块2配有承重环12，使钢丝绳9能够通过承重环12更加方便、有效的悬吊起质量块2，并给予粘滞性阻尼器11以支撑点，另外在质量块2的下半球上有凹槽，便于钢丝绳9绕过悬吊。所述粘滞性阻尼器11一端与塔体焊接的粘滞性阻尼器垫板10连接，另一端支撑于承重环12上。

如图2，图3所示，筋板6上设有顶板7；前端设有挡板8，用于抵挡灰尘或者漏下来的水引起锈蚀的状况。支座挡板5上的螺栓孔的数量可根据实际大小自行设定。

所述支架垫板4的高度应该比筋板3的高度要高，支座挡板5的高度也要比筋板6的高度高，为了给焊接留出余地。

所述粘滞性阻尼器11共4个，均匀的分布在每个支架之间的下方，轴线与承重环的水平轴线在一条水平线上，一方面为了限制质量块产生较大的位移，另一方面耗散主结构产生的能量。

该装置固定悬吊于高耸结构的顶部的内部，在地震或风荷载作用下，被控结构发生振动，带动质量块产生与主结构相反的运动，施加反作用力于主结构上，从而控制结构的振动，作用在主结构上的能量通过单摆式TMD的阻尼器消散，从而控制结构对于外力作用的振动，达到减振的效果。

本实施方案中，应该根据结构的具体情况确定钢丝绳9即摆长的长度和单摆式TMD减振控制装置的安装位置，以达到最佳的减振效果。

本发明通过提出安装在塔架内部的单摆式TMD的设计，成功将单摆式TMD应用到超高型的风力发电价的塔架内部。传统的单摆式TMD大多应用在高层建筑中，需要悬吊平台的存在，而本发明通过设计顶部支架，使得该减振装置不需要上方的固定平台即可安装在塔状筒体的内部，并且没有削弱该TMD装置的减振效果。无论外部激励引起塔设备任何方向的振动，该减振装置都能起到应有的减振效果。

本发明的上述实施方案并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种根据本发明的上述内容，安装本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其他多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。