專利名稱：風機用調諧質量阻尼器減振控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種調諧質量阻尼器減振控制裝置，具體涉及一種風機用 調諧質量阻尼器減振控制裝置。
背景技術：
調諧質量阻尼器減振控制裝置(Tuned mass damper,簡稱TMD )利用 了共振原理，將受控結構主體的振動能量轉移到減振控制裝置(TMD )上， 從而減小風振及地震對高卑結構主體的影響，TMD在國內外已經(jīng)有較多的 應用(如上海東方明珠電視塔、合肥電視塔、臺北101大廈等)。
通過理i侖計算、有限元分析以及工程應用實例表明當TMD的質量 適當，TMD減振控制裝置與受控結構主體的頻率接近，TMD的阻尼比在 5%- 15%之間時，受控高傘結構主體的大部分振動能量將轉移到TMD裝 置上。
多重TMD指的是在高卑結構主體的不同位置布置多個TMD (簡稱 MTMD )，與單一 TMD相比MTMD克服了由于結構主體內部可利用空 間的限制而導致的TMD質量塊的質量及緩沖行程受限制的缺點；單一 TMD只能控制一種頻率的振動，而MTMD能控制多種頻率的振動，這對 于像風振這樣的寬頻激勵效果更佳。通過計算分析表明，對相同的TMD 質量比(質量塊與受控主體之間的質量比)，比如4%,若采用一個TMD 布置在高傘結構主體的最頂部，能減小結構主體振動位移88% (質量比為 1%時減振81%、質量比為2%時減振85%、質量比為3%時減振87%);而 采用MTMD方案時，當所有TMD質量比之和為4%，用2個TMD能減 振90%,用3個TMD能減振91.5%，用4個TMD能減振93%。因此，對 于同樣的減振效果而言，MTMD較TMD有更小的質量；對于同樣的質量 比而言，MTMD較TMD有更好的減振效果。
風力發(fā)電機塔架的穩(wěn)定性是塔架設計中最重要的考慮因素之一，也就是說，設計人員要盡量避免由于風輪葉片旋轉時產(chǎn)生的周期性載荷激勵， 導致塔架產(chǎn)生共振，破壞塔架的穩(wěn)定性，加速塔架的損壞，縮短其使用壽 命。
當前，風力發(fā)電機塔架的減振方案(以圓筒鋼塔結構為例)，大多采用
在距塔頂2.5米處沿塔架內壁布置一圈厚8cm左右的內填砂，以增加局部 質量的配重，該方案是一種被動的控制方式，其中的砂粒質量與主體結構 之間并無相對運動；該方案不是嚴格意義上的振動控制，而是一種避免塔 架一階頻率與風輪旋轉頻率接近時發(fā)生共振的措施；因此，該方案對機搶 內部零件的振動位移的控制沒有明顯的效果。
對于風力發(fā)電機來說，外加的振動激勵主要來自風輪葉片旋轉時產(chǎn)生 的通過頻率，它是一個強迫振動，從理論上來說，只要控制這個激勵的頻 率就能達到較好的效果；但是，由于隨著風向的改變，風力發(fā)電機的機搶 將會跟隨產(chǎn)生偏航旋轉，以確保葉片處于迎風狀態(tài)。因此相對于風力發(fā)電 機塔架，所述強迫振動也會隨之發(fā)生旋轉。
目前，在實際工程中應用的TMD大多為懸吊式TMD和支承式TMD 兩種形式。如圖la所示，該圖為懸吊式TMD的結構示意圖，它主要由配 重質量塊102、吊線105、彈簧103和阻尼器104組成，配重質量塊102 通過吊線105懸吊在結構主體108的頂部；如圖lb所示，該圖為支^c式 TMD的結構示意圖，它主要由配重質量塊202、彈簧203、阻尼器204和 滾4侖205組成，配重質量塊202通過滾輪205與結構主體208相纟妻觸。上 述兩種形式的TMD均在配重質量塊與主體結構之間設置有活塞式阻尼器 及彈簧裝置，通過阻尼器和彈簧實現(xiàn)對配重質量塊的運動控制，完成對結 構主體的減振控制。
上述兩種TMD裝置應用于風機架內，無法實現(xiàn)伴隨風力發(fā)電機的偏 航對風而同步旋轉調向，因此，不能充分發(fā)揮TMD的減振控制效果。

發(fā)明內容
針對上述缺陷，本發(fā)明解決的技術問題在于，提供一種風機用調諧質量阻尼器減振控制裝置，可以隨風向主動進行對向調整，最大限度地控制 4展動幅^直。
本發(fā)明提供的裝置，包括 至少一個平臺，固定在塔架的內壁上； 至少一個旋轉調節(jié)裝置，包括
轉盤，設置在所述平臺的上方，
轉盤傳動總成，固定設置在所述平臺上且驅動所述轉盤旋轉，
回轉支撐部件，設置在所述轉盤與平臺之間； 動力裝置，固定設置在所述平臺上且其動力輸出至轉盤傳動總成； 至少一個質量塊總成，設置在轉盤上，該總成包括
質量塊，
至少兩個質量塊支撐裝置，左、右對稱固定在質量塊的下表面上；
至少一個阻尼器，所述阻尼器的缸體與質量塊的下表面固定連接，所 述阻尼器的活塞桿的端頭固定在轉盤上。
優(yōu)選地，還包括至少一個具有直線導向槽的限位導軌，固定設置在所 述質量塊下方的轉盤上；所述質量塊支撐裝置的下端置于所述直線導向槽 內并可沿該限位導軌直線位移。
優(yōu)選地，所述平臺、旋轉調節(jié)裝置、質量塊總成和限位導軌均為若干 個，由上至下依次設置；所述動力裝置同軸驅動每個轉盤傳動總成。
優(yōu)選地，所述質量塊總成還包括若干個彈簧，所述質量塊由上部質量 塊、質心質量塊和下部質量塊組成且由上至下依次設置；所述若干個彈簧 的兩端分別與所述質心質量塊外周表面和塔架內表面固定連接，且沿質心 質量塊的外周表面均布設置。
優(yōu)選地，所述質量塊總成還包括豎向串桿，所述豎向串桿的下端與下 部質量塊固定連接且所述豎向串桿的中部設有橫向撐桿；所述上部質量塊 和質心質量塊套裝在所述豎向串桿上且分別置在所橫向撐桿的上、下兩側。
所述質量塊總成還包括鎖緊銷4丁，所述上部質量塊和下部質量塊均由圓盤狀質量片組成，所述鎖緊銷釘穿裝在從上部質量塊上方的豎向串桿的 端部。
所述橫向撐桿為米字形結構，所述上部質量塊的下表面上開有容置橫 向撐桿的米字形凹槽。
所述下部質量塊與質心質量塊之間設置有沿圓周方向均布的若干個潤 滑滾珠。
優(yōu)選地，所述動力裝置包括驅動電機和減速箱，所述轉盤傳動總成為
相互嚙合的主動齒輪和被動齒輪；其中，所述被動齒輪套裝在所述轉盤的 外側，所述主動齒輪與減速箱的輸出軸固定連接，所述減速箱的輸入軸與 驅動電機的輸出軸固定連接。
優(yōu)選地，所述回轉支撐部件為若干個回轉滾珠，在所述平臺的上表面 和所述轉盤的下表面上分別相對設置有一號環(huán)形槽和二號環(huán)形槽，所述若 干個回轉滾J朱設置在一號環(huán)形槽和二號環(huán)形槽內且所述平臺上表面與轉盤 下表面之間的距離小于所述回轉滾珠的直徑。
優(yōu)選地，所述回轉支撐部件為回轉支承軸承，所述回轉支承軸承的內 圈與轉盤的下表面固定連接，所述回轉支承軸承的外圈與平臺的上表面固 定連接。
所述質量塊支撐裝置為滾輪或滑塊。 優(yōu)選地，所述阻尼器的介質入口設置有阻尼調節(jié)閥。 優(yōu)選地，所述質量塊總成4還包括若干個彈簧；所述質量塊由芯部質 量塊和外部質量塊組成；其中，芯部質量塊的軸向截面形狀為上小、下大 的階梯形，外部質量塊為環(huán)狀結構，所述環(huán)狀外部質量塊套裝在芯部質量 塊上部柱狀體的外側；所述若干個彈簧的兩端分別與所述外部質量塊外周 表面和塔架內表面固定連接，且沿外部質量塊的外周表面均布設置。
所述芯部質量塊下部臺階的上表面上設置有沿圓周方向均布的若干個 潤滑滾珠。
優(yōu)選地，所述質量塊為盛放液體的容器。本發(fā)明所提供的TMD的控制原理如下
風機工作時，主要荷載為風輪旋轉時產(chǎn)生水平氣動推力，該推力比塔 結構自身承受的風荷載大許多，因此，將結構簡化為頂部集中質量的單自 由度體系，將水平氣動推力簡化為簡諧外荷載。設xTMD(t)、 x(t)分別為TMD、 結構主體相對于空間的絕對位移，其耦合運動方程為
<formula>formula see original document page 9</formula>
式中&w = 、w sm欣為筒諧外荷載，用矩陣形式表達如下:
<formula>formula see original document page 9</formula>附w
當不考慮阻尼時，運動方程(C=0)可以簡化為
<formula>formula see original document page 9</formula>
式中為風輪在一轉內的最大水平氣動推力。
在&m的作用下，結構主體的運動微分方程為 <formula>formula see original document page 9</formula>式中[M]、 [C]和[K]分別為結構的質量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣， sin^為風輪氣動水平推力。
利用振型向量正交性和振型分解法，并且只考慮結構的第 一振型時。 當在結構頂部安裝一個質量為MTMD、阻尼為CTMD、剛度為ktmd的TMD 時，結構在風輪水平氣動推力作用下的運動微分方程為
<formula>formula see original document page 9</formula>
式中ftmd為TMD對結構主體的作用力。
從上式可以看出，由于有了Ftmd的存在，就將外荷載對結構的作用力 一部分轉移到了 TMD上面，從而達到耗能減振的目的。
本發(fā)明提供的風機用調諧質量阻尼器減振控制裝置與現(xiàn)有技術相比， 具有下述優(yōu)點1、 控振方向可適時旋轉。動力裝置啟動后，通過旋轉調節(jié)裝置驅動設 置在轉盤上的質量塊總成完成旋轉動作，當風力發(fā)電機的機艙隨風向的改 變偏航旋轉時，所述減振控制質量塊可同步旋轉。因此，在工作狀態(tài)，本
發(fā)明所述TMD的控振方向始終處于迎風方向，能夠實時與風輪葉片旋轉 時產(chǎn)生的強迫振動方向一致，實現(xiàn)360度全方位適時控振，以最大限度的 削減頂部發(fā)電機結構的振動位移。
2、 提高受控主體的工作壽命。由于在風荷載交變作用下，塔頂將產(chǎn)生 橫向的振動位移，塔頂機艙及其內部零部件也隨著一起作往復振動。進一 步地，應用本發(fā)明所述的TMD，避免了軸承、電機及控制裝置等風機機搶 內部部件長期處于往復疲勞荷載作用的工作狀態(tài)，進而提高其工作平穩(wěn)性 及疲勞壽命。
3、 提高風機發(fā)電質量。通過合理的控制風機塔架的橫向振動位移，提 高了風力發(fā)電機的工作平穩(wěn)性，從而提高入網(wǎng)電流頻率的平穩(wěn)性。
4、 本發(fā)明提供的進一步的優(yōu)選方案中，具有直線導向槽的限位導軌的 設計，控振方向確定唯一 ，克服了傳統(tǒng)TMD利用水平面內兩個垂直的方 向的合成運動控制TMD振動方向的模糊性缺陷。
5、 寬頻調節(jié)性。進一步地，本發(fā)明提供了一種MTMD,多個TMD 由上至下依次設置，在總體方案設計時，通過平衡TMD質量塊的體積、 行程與塔架內部可利用空間的關系，優(yōu)化合適數(shù)量，有效控制風輪旋轉所 產(chǎn)生的頻帶范圍內的塔架振動。
6、 可調阻尼性。由于風電場的季風性特點，不同時期的風力強度和風 向皆有差別，因此，本發(fā)明所述阻尼器設置有阻尼調節(jié)閥，可根據(jù)季節(jié)不 同而適時調整阻尼器工作介質(油或氣)的流量，從而達到調節(jié)阻尼的目 的。
本發(fā)明提供的風機用調諧質量阻尼器減振控制裝置，不局限于風機專 用，它也可以適用于其他可旋轉高卑結構的減振控制，諸如旋轉餐廳、 工程機械中的塔吊以及游樂園中的具有豎直旋轉軸的高卑游戲設備等，對于不同結構形式及材料的塔架，如鋼筒、混凝土筒、鋼街架等結構同樣可
以適用。


圖1是背景技術中所述懸吊式TMD和支承式TMD的結構示意圖，其 中圖la是懸吊式TMD的結構示意圖，圖lb是支承式TMD的結構示意 圖。
圖2是本發(fā)明所述風機用調諧質量阻尼器減振控制裝置的結構示意圖。
圖3是圖2的A-A剖視圖。 圖4是圖2的B向視圖。 圖5是圖3的I部放大圖。 圖6是圖3的II部放大圖。
圖7是回轉支撐部件采用回轉支承軸承23〃的結構簡圖。
圖8是第二種質量塊結構的TMD整體結構示意圖。
圖9是第二種質量塊結構的軸向剖視圖。
圖IO是第三種質量塊結構的TMD整體結構示意圖。
圖11是第四種質量塊結構的TMD整體結構示意圖。
圖12是本發(fā)明提供的MTMD的整體結構示意圖。
圖2—圖10中
1- 平臺、11-一號環(huán)形槽、12-主電纜穿孔、13-爬梯穿孔；
2- 旋轉調節(jié)裝置、21-轉盤、211-二號環(huán)形槽、22-轉盤傳動總成、 221-主動齒輪、222-被動齒輪、23-回轉支撐部件、23'-回轉滾珠、 23〃 一回轉支承軸承；
3- 動力裝置、31-驅動電機、32-減速箱；
4- 質量塊總成、41和41'-質量塊、41-1和41-2-液體質量塊、41-2-l -注液孔、411-上部質量塊、412-質心質量塊、413-下部質量塊、415 -芯部質量塊、416-外部質量塊、42-質量塊支撐裝置、43'和43〃 一 彈簧、44-豎向串桿、441-橫向撐桿、45-鎖緊銷釘、46'和46〃 一潤滑滾珠；
5-阻尼器、51-缸體、52-活塞桿、53-阻尼調節(jié)閥； 6 -限位導軌、61 -直線導向槽；
7- 偏航信號傳輸線；
8- 塔架、81-主電纜、82-防撞保護裝置、83-爬梯；
9- 傳動軸；
10附座。
具體實施例方式
本發(fā)明所述風機用調諧質量阻尼器減振控制裝置的設計要點在于， TMD能夠實現(xiàn)隨風向變化主動進行對向調整，進而保證TMD的控振方向 與該強迫振動方向的 一致性。
下面結合說明書附圖具體說明實施方式。
參見圖2，該圖是本發(fā)明所述風機用調諧質量阻尼器減振控制裝置的 結構示意圖。
如該圖所示，本實施方式所述風機用調諧質量阻尼器減振控制裝置， 設置于風力發(fā)電機的上端塔架8內，包括平臺1、旋轉調節(jié)裝置2、動力裝 置3、質量塊總成4和阻尼器5。各部件之間的位置和連接關系，請一并參 見圖3和圖4，其中，圖3是圖2的A-A剖視圖，圖4是圖2的B向視 圖。
如圖2和圖3所示，所述平臺1固定在塔架8的內壁上；所述旋轉調 節(jié)裝置2包括轉盤21、轉盤傳動總成22和回轉支撐部件23,所述轉盤21 設置在所述平臺1的上方，所述轉盤傳動總成22固定設置在所述平臺1 上且驅動所述轉盤21旋轉，所述回轉支撐部件23設置在所述轉盤21與平 臺l之間，用于實現(xiàn)轉盤21與平臺l之間的相對旋轉運動；所述動力裝置 3固定設置在所述平臺1上且其動力輸出至轉盤傳動總成22;所述質量塊 總成4，設置在轉盤21上，該總成包括質量塊41和質量塊支撐裝置42, 所述質量塊支撐裝置42為四個且左、右對稱固定在質量塊41的下表面上；所述阻尼器5的缸體51與質量塊41的下表面固定連4妄，所述阻尼器5的 活塞桿52的兩側端頭分別通過附座10固定在轉盤21上。由于，液壓粘滯 阻尼器在工程結構減震中已有廣泛應用，且技術較為成熟，因此，本實施 方式中所述阻尼器5選用液壓粘滯阻尼器作為最佳方案。
上述TMD在工作狀態(tài)中，當風力發(fā)電機葉片隨風向的變化進行偏航 旋轉時，本發(fā)明所述動力裝置3啟動，動力驅動旋轉調節(jié)裝置2的轉盤21 轉動，進而帶動質量塊轉動，使得TMD的控振方向與風輪旋轉時產(chǎn)生強 迫振動的方向保持一致，經(jīng)阻尼器5來完成減振耗能。
進一步地，結合圖4所示，所述TMD還包括兩個具有直線導向槽61 的限位導軌6，左、右對稱固定設置在所述質量塊41下方的轉盤21上； 所述質量塊支撐裝置42的下端置于所述直線導向槽61內并可沿該限位導 軌6直線位移。為了更清楚的表示限位導軌6的詳細結構及連接關系，請 參見圖5，該圖是圖3的I部》文大圖。本發(fā)明所述限位導軌6可確?？卣?方向確定唯一，克服了傳統(tǒng)TMD利用水平面內兩個垂直的方向的合成運 動控制TMD振動方向的模糊性缺陷，以使TMD的控振效果最佳。
具體地，所述動力裝置3由驅動電機31和減速箱32組成，所述轉盤 傳動總成22為相互嚙合的主動齒輪221和被動齒輪222;其中，所述被動 齒輪222套裝在所述轉盤21的外側，所述主動齒輪221與減速箱32的輸 出軸固定連接，所述減速箱32的輸入軸與驅動電機31的輸出軸固定連接。
這里特別說明一點，當機搶偏航時，控制系統(tǒng)可以根據(jù)測風儀(風向、 風速傳感器)采集到的信號發(fā)出偏航控制信號，該偏航控制信號經(jīng)偏航信 號傳輸線7發(fā)送至所述驅動電機31，精確地控制驅動電機31與風機偏航 電機同步動作，使圓形轉盤的轉速與機搶的偏航轉速保持一致，也就是說， 保證機搶主軸的軸線與TMD質量塊的運動方向一致。由于本領域的技術 人員根據(jù)現(xiàn)有自控技術完全可以實現(xiàn)上述功能，因此，關于控制部分，在 此不予贅述。
上述方案中，所述回轉支撐部件23為若干個回轉滾珠23'，參見圖6,該圖是圖3的II部放大圖。
如該圖所示，在所述平臺1的上表面和所述轉盤21的下表面上分別相 對設置有一號環(huán)形槽11和二號環(huán)形槽211,所述若干個回轉滾珠23'設置 在一號環(huán)形槽u和二號環(huán)形槽211內且所述平臺1上表面與轉盤21下表 面之間的距離L小于所述回轉滾珠23'的直徑。限制轉盤21只能沿固定 軌跡運動，以保持其旋轉的準確性。
另外，所述回轉支撐部件23也可以采用回轉支承軸承23〃 。參見圖7， 該圖為回轉支撐部件23采用回轉支承軸承23〃的結構簡圖。
如該圖所示，所述回轉支承軸承23〃的上圈與轉盤21的下表面固定 連接，所述回轉支承軸承23〃的下圏與平臺l的上表面固定連接?？梢岳?解地的，所述回轉支承軸承23"可以根據(jù)具體工況選用四點接觸滾珠式或 交叉滾子軸承式，只要滿足使用需要均可；在本實施例中，采用的是四點 接觸滾珠式回轉支承軸承。
本發(fā)明中，用于支撐質量塊41相對于轉盤21運動的質量塊支撐裝置 42，可以為滾輪或滑塊(滑塊在圖中未示出)。
考慮到風機在年周期內運行時的季風性變化，如圖3所示，所述阻尼 器5的介質入口設置有阻尼調節(jié)閥53。本發(fā)明所述阻尼器設置有阻尼調節(jié) 閥，可根據(jù)季節(jié)不同而適時調整阻尼器4工作介質(油或氣)的流量，從 而達到調節(jié)阻尼的目的。
可以理解地是，所述質量塊41可以根據(jù)塔架內部空間以及裝配工藝要 求而采用不同的結構，本實施方式給出下述四種具體方案。
第一種質量塊結構，請一并參見圖2、圖3和圖4，所述質量塊41由 上部質量塊411、質心質量塊412和下部質量塊413組成且由上至下依次 設置；所述質量塊總成4還包括沿質心質量塊412的外周表面均布設置的 若干個彈簣43'，所述若干個彈簧43'的兩端分別與所述質心質量塊412 外周表面和塔架8內表面固定連接。
圖中所示的彈簧43'為八條且呈放射狀米字形設置。所述彈簣43'可以選用拉簧或者壓簧。選用拉簧時，裝配需要預拉伸；選用壓簧時，裝配 需要預壓縮。該預拉或預壓值應能保證彈簧在TMD的行程范圍內，始終 處于受拉或受壓狀態(tài)，避免了彈簧由于壓縮或拉伸而發(fā)生失穩(wěn)脫離幾何軸線。
進一步地，所述質量塊總成4還包括豎向串桿44，所述豎向串桿44 的下端與下部質量塊413固定連接且豎向串桿44的中部設有橫向撐桿 441;所述上部質量塊411和質心質量塊412套裝在所述豎向串桿44上且 分別置于所橫向撐桿441的上、下兩側。
所述質量塊總成4還包括鎖緊銷釘45，所述上部質量塊411和下部質 量塊413均由圓盤狀質量片組成；所述豎向串桿44的上端從上部質量塊 411上方的穿出，鎖緊銷釘45穿裝在豎向串桿44的上端，限制質量塊8 在運動中沿豎向串桿44的軸向串動；同時，當需要增減質量片時，可以將 鎖緊銷釘45拔出后操作。
更進一步地，所述橫向撐桿441為米字形結構，所述上部質量塊411 的下表面上開有容置橫向撐桿441的米字形凹槽(圖中未示出)。該橫向撐 桿441用于^c載上部質量塊411的重量。
為增加本發(fā)明可才喿作性，如圖2所示，所述下部質量塊413與質心質 量塊412之間設置有沿圓周方向均布的若干個潤滑滾珠46'。
下面結合相應結構說明第一種質量塊結構的工作原理理i侖上，所述 質心質量塊412只能隨滾輪或滑塊在限位導軌6內作不同方向的直線位移， 在空間范圍內不發(fā)生旋轉，與此相連的八條彈簧43'只是伸長或縮短而不 會發(fā)生^^轉運動。而上部質量塊411和下部質量塊413會隨著豎向串沖干44 在空間范圍內旋轉，因此質心質量塊412與上部質量塊411和下部質量塊 413的運動是分離的。豎向串桿44的中部(與上部質量塊411最下面相交 的位置處)的米字形的橫向撐桿441，與上部質量塊411的下表面上的米 字形凹槽配合。這樣，上部質量塊411的重量由米字形橫向撐桿441承載， 在理論上保證上部質量塊411的下表面與質心質量塊412的上表面之間保持零壓力接觸，因此，可避免相對旋轉產(chǎn)生的摩擦力。同理，所述下部質
量塊413與質心質量塊412之間設置的潤滑滾珠46'用于克服下部質量塊 413與質心質量塊412之間相對運動而產(chǎn)生的摩擦力。
第二種質量塊結構，參見圖8和圖9，圖8是第二種質量塊結構的TMD 整體結構示意圖，圖9是第二種質量塊結構的軸向剖^L圖。
如圖所示，所述質量塊41'由芯部質量塊415和外部質量塊416組成， 其中，芯部質量塊415的軸向截面形狀為上小、下大的階梯形，外部質量 塊416為環(huán)狀結構，所述環(huán)狀外部質量塊416套裝在芯部質量塊415上部 柱狀體的外側；所述質量塊總成4還包括沿外部質量塊416的外周表面均 布設置的還包括若干個彈簧43〃 ；所述若干個彈簧43〃的兩端分別與所述 外部質量塊416外周表面和塔架8內表面固定連接。
進一步地，所述芯部質量塊415下部臺階的上表面上設置有沿圓周方 向均布的若干個潤滑〉袞-朱46〃 。
與第一種質量塊結構的工作原理相似，所述環(huán)狀外部質量塊416也只 能隨滾輪或滑塊在限位導軌6內作不同方向的直線位移，芯部質量塊415 下部臺階的上表面上設置的潤滑滾珠46"用于克服芯部質量塊415與外部 質量塊416之間相對運動而產(chǎn)生的摩擦力。
第三種質量塊結構，參見圖10,該圖是第三種質量塊結構的TMD整 體結構示意圖。如該圖所示，它與第一、二種質量塊結構的不同點在于， 所述質量塊41-1為盛放液體的容器，即液體質量塊(TLD)，該容器是封 閉的且內部液體為半充滿狀態(tài)。該結構通過容器內液體在非充滿封閉空間 的波浪式振動進一步實現(xiàn)耗能控振的目的。
第四種質量塊結構，參見圖11,該圖是第四種質量塊結構的TMD整 體結構示意圖。如該圖所示，所述質量塊41-2也是液體質量塊，但與第三 種質量塊結構不同的是，該容器的上蓋開有注液孔41-2-1,所述容器內的 液體為充滿狀態(tài)且所述上蓋可隨液面的升降而上下移動。本方案可在結構 空間不受限的場合應用，注液孔41-2-1可與注液系統(tǒng)連通，通過實時監(jiān)測外載荷的頻率，根據(jù)需要控制液體的注入或抽取以獲得可變重量的質量塊， 能夠在一個寬頻范圍內實現(xiàn)精確。
特別地，基于MTMD的減振基理，本發(fā)明還提供了一種MTMD的技 術方案。參見圖12,該圖是本發(fā)明提供的MTMD的整體結構示意圖。如 該圖所示，所述平臺1、旋轉調節(jié)裝置2、質量塊總成4和限位導軌6均為 若干個，由上至下依次設置；所述動力裝置3同軸驅動每個轉盤傳動總成 22,其中，若干個主動齒輪分別與傳動軸9同軸固定，經(jīng)同一動力裝置3 同軸驅動，保證每個轉盤的轉速同步。在方案設計時，可以根據(jù)實際情況 采用MTMD分散控制結構，通過平衡TMD質量塊體積、行程與塔架內部 可利用空間的關系，優(yōu)化TMD的數(shù)量。其中，每個TMD的質量塊質量、 彈簧剛度及阻尼參數(shù)等參數(shù)需要根據(jù)實際的激勵頻帶范圍來確定，從而有 效控制風輪旋轉所產(chǎn)生的頻帶范圍內的塔架振動。
另外，在平臺1上開有主電纜穿孔12,受控風力發(fā)電機的主電纜81 通過主電纜穿孔12沿塔下垂至塔底，主電纜穿孔12應有足夠的空間，以 保證機艙偏航時主電纜81不會因扭轉空間過小而拉斷；與現(xiàn)有技術相同， 在塔架8的側壁上焊接有主電纜的防撞保護裝置82;在平臺1上還開有爬 梯穿孔13，爬梯83焊接固定在此位置的塔架8的側壁上，用于沖企修人員 上機操作。當然，為使平臺1的應力分布較均勻，應當根據(jù)具體工況布置 主電纜穿孔12和爬梯穿孔13。
下面是對本發(fā)明安裝過程的工藝要點所作的簡要介紹
1 、將轉盤21 、限位導軌6、主動齒輪221 、減速箱32和驅動電機31 安裝到位，并采取臨時措施加以固定，使其不在塔筒的吊裝過程中作相對 運動。
2、 將整個TMD質量塊串聯(lián)裝配，用鎖緊銷釘45鎖緊固定，底部安 裝滾輪或滑塊及阻尼器5，并把該部件整體打包并臨時固定在塔筒內部的 某一位置。
3、 待頂部塔筒吊裝到位、法蘭連接后，斷開所有臨時固定措施，將滾輪或滑塊放置到限位導軌6的直線導向槽61中，再將阻尼器5的活塞桿 52固定于限位導軌6兩端的附座10上；此時，將阻尼器5的阻尼調節(jié)閥 53調節(jié)到阻尼最大位置，使豎向串桿44軸線與塔中軸線重合。
4、 完成定位后，安裝彈簧43。每兩根處于同一直線上的對稱設置的 彈簧43同時裝配，直至八根彈簧43呈米字型裝配完畢。
5、 最后才艮據(jù)當時的季節(jié)特征與風速情況，將阻尼器5的調節(jié)閥53調 到理論位置，至此，整個安裝過程結束。
對于MTMD的安裝，需要塔筒在加工制作的過程中放置每個TMD。 當最下面一個TMD安裝完畢后，再封閉焊接其上面的平臺1,直至最上面 一個TMD安裝結束；同樣，對于每一個TMD,均在塔筒吊裝到位后再進 行彈簧43的裝配。
綜上所述，風機正常工作時，迎風方向為正對風機葉片旋轉所在平面， 而此時TMD的運動方向垂直于葉片^:轉平面，因此風向就是TMD控才展運 動方向，這樣在理論上就保證了 TMD始終朝著來風方向運動進行控振， 即風向與控振方向零度夾角的運動關系，控振效果就達到最佳。由于風向 本身是隨機變化的，當風向轉變時，為了保證發(fā)電的質量，風機機搶會隨 著風向偏轉對向，此時機艙內部控制系統(tǒng)就要發(fā)出偏航旋轉信號，將該信 號傳輸至驅動電機31，驅動電機31的動力經(jīng)減速箱32減速，最終通過連 接減速箱的主動齒輪以一個傳動比帶動可旋轉齒盤旋轉，保證轉盤的轉速 與風機機艙一致。通過理論計算表明，合理調節(jié)調諧質量阻尼器的質量、 剛度及阻尼，將使結構頂端位移減小為無控時的15%以下。
由于TMD裝置的轉盤始終與機艙保持同步旋轉，因此當機搶處于一 個新的迎風位置時，TMD仍然能夠在零度角方向對風控振，即，隨風向的 變化在360°范圍內全方位控振的原理。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的 普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進 和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1. 一種風機用調諧質量阻尼器減振控制裝置，其特征在于，包括至少一個平臺，固定在塔架的內壁上；至少一個旋轉調節(jié)裝置，包括轉盤，設置在所述平臺的上方，轉盤傳動總成，固定設置在所述平臺上且驅動所述轉盤旋轉，回轉支撐部件，設置在所述轉盤與平臺之間；動力裝置，固定設置在所述平臺上且其動力輸出至轉盤傳動總成；至少一個質量塊總成，設置在轉盤上，該總成包括質量塊，至少兩個質量塊支撐裝置，左、右對稱固定在質量塊的下表面上；至少一個阻尼器，所述阻尼器的缸體與質量塊的下表面固定連接，所述阻尼器的活塞桿的端頭固定在轉盤上。
2、 根據(jù)權利要求1所述的風機用調諧質量阻尼器減振控制裝置，其特 征在于，還包括至少一個具有直線導向槽的限位導軌，固定設置在所述質量 塊下方的轉盤上；所述質量塊支撐裝置的下端置于所述直線導向槽內并可沿 該限位導軌直線位移。
3、 根據(jù)權利要求2所述的風機用調諧質量阻尼器減振控制裝置，其特 征在于，所述平臺、旋轉調節(jié)裝置、質量塊總成和限位導軌均為若干個，由 上至下依次設置；所述動力裝置同軸驅動每個轉盤傳動總成。
4、 根據(jù)權利要求1至3中任一項權利要求所述的風機用調諧質量阻尼 器減振控制裝置，其特征在于，所述質量塊總成還包括若干個彈簧，所述質 量塊由上部質量塊、質心質量塊和下部質量塊組成且由上至下依次設置；所 述若干個彈簧的兩端分別與所述質心質量塊外周表面和塔架內表面固定連 接，且沿質心質量塊的外周表面均布設置。
5、 根據(jù)權利要求4所述的風機用調諧質量阻尼器減振控制裝置，其特 征在于，所述質量塊總成還包括豎向串桿，所述豎向串桿的下端與下部質量塊固定連接且所述豎向串桿的中部設有橫向撐桿；所述上部質量塊和質心質 量塊套裝在所述豎向串桿上且分別置在所橫向撐桿的上、下兩側。
6、 根據(jù)權利要求5所述的風機用調諧質量阻尼器減振控制裝置，其特 征在于，所述質量塊總成還包括鎖緊銷釘，所述上部質量塊和下部質量塊均 由圓盤狀質量片組成，所述鎖緊銷釘穿裝在從上部質量塊上方的豎向串桿的 端部。
7、 根據(jù)權利要求6所述的風機用調諧質量阻尼器減振控制裝置，其特 征在于，所述橫向撐桿為米字形結構，所述上部質量塊的下表面上開有容置 橫向撐桿的米字形凹槽。
8、 根據(jù)權利要求7所述的風機用調諧質量阻尼器減振控制裝置，其特 征在于，所述下部質量塊與質心質量塊之間設置有沿圓周方向均布的若干個 潤滑滾珠。
9、 根據(jù)權利要求8所述的風機用調諧質量阻尼器減振控制裝置，其特 征在于，所述動力裝置包括驅動電機和減速箱，所述轉盤傳動總成為相互嚙 合的主動齒輪和被動齒輪；其中，所述被動齒輪套裝在所述轉盤的外側，所 述主動齒輪與減速箱的輸出軸固定連接，所述減速箱的輸入軸與驅動電機的 輸出軸固定連接。
10、 根據(jù)權利要求9所述的風機用調諧質量阻尼器減振控制裝置，其特 征在于，所述回轉支撐部件為若干個回轉滾珠，在所述平臺的上表面和所述 轉盤的下表面上分別相對設置有一號環(huán)形槽和二號環(huán)形槽，所述若干個回轉 滾珠設置在一號環(huán)形槽和二號環(huán)形槽內且所述平臺上表面與轉盤下表面之 間的距離小于所述回轉滾珠的直徑。
11、 根據(jù)權利要求9所述的風機用調諧質量阻尼器減振控制裝置，其特 征在于，所述回轉支撐部件為回轉支承軸承，所述回轉支承軸承的內圈與轉 盤的下表面固定連接，所述回轉支承軸承的外圏與平臺的上表面固定連接。
12、 根據(jù)權利要求9所述的風機用調諧質量阻尼器減振控制裝置，其特 征在于，所述質量塊支撐裝置為滾輪。
13、 根據(jù)權利要求9所述的風機用調諧質量阻尼器減振控制裝置，其特征在于，所述質量塊支撐裝置為滑塊。
14、 根據(jù)權利要求1至3中任一權利要求所述的風機用調諧質量阻尼器 減振控制裝置，其特征在于，所述阻尼器的介質入口設置有阻尼調節(jié)閥。
15、 根據(jù)權利要求1至3中任一權利要求所述的風機用調諧質量阻尼器 減振控制裝置，其特征在于，所述質量塊總成4還包括若干個彈簧；所述質 量塊由芯部質量塊和外部質量塊組成；其中，芯部質量塊的軸向截面形狀為 上小、下大的階梯形，外部質量塊為環(huán)狀結構，所述環(huán)狀外部質量塊套裝在 芯部質量塊上部柱狀體的外側；所述若干個彈簧的兩端分別與所述外部質量塊外周表面和塔架內表面固定連接，且沿外部質量塊的外周表面均布設置。
16、 根據(jù)權利要求15所述的風機用調諧質量阻尼器減振控制裝置，其 特征在于，所述芯部質量塊下部臺階的上表面上設置有沿圓周方向均布的若 干個潤滑滾珠。
17、 根據(jù)權利要求9中任一權利要求所述的風機用調諧質量阻尼器減振 控制裝置，其特征在于，所述質量塊為盛放液體的容器。
全文摘要
本發(fā)明公開一種風機用調諧質量阻尼器減振控制裝置，它涉及調諧質量阻尼器減振控制技術。本發(fā)明設置于風力發(fā)電機上端的塔架內，包括平臺、以及設置在平臺上的旋轉調節(jié)裝置、動力裝置、質量塊總成和阻尼器；平臺固定在塔架的內壁上；設計要點在于所述動力裝置的動力經(jīng)旋轉調節(jié)裝置驅動所述質量塊總成轉動，進而平臺上的各部件能夠隨風機偏航同步旋轉。本發(fā)明可以隨風向主動進行對向調整，最大限度地控制振動幅值。進一步地，基于MTMD的減振基理，本發(fā)明還提供了一種MTMD的技術方案，多個單一TMD由上至下依次設置；所述動力裝置同軸驅動各旋轉調節(jié)裝置，保證了每個轉盤的轉速同步，可有效控制風輪旋轉所產(chǎn)生的頻帶范圍內的塔架振動。
文檔編號F03D11/00GK101302995SQ20081003801
公開日2008年11月12日 申請日期2008年5月21日 優(yōu)先權日2008年5月21日
發(fā)明者亮 黃 申請人:三一電氣有限責任公司