專利名稱：調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于減振控制領(lǐng)域，涉及一種調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置，可用于各種需要減振的高聳結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電機組是將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為電能的系統(tǒng)，分為定槳距失速控制型風(fēng)力發(fā)電機組和變槳控制型風(fēng)力發(fā)電機組。對于定槳距失速控制型風(fēng)力發(fā)電機組，如果風(fēng)電場的環(huán)境溫度低于-20°C，風(fēng)速超過額定點以后，在風(fēng)力發(fā)電機組正常運行的過程中，葉片會發(fā)生無規(guī)律的、不可預(yù)測的瞬間擺振現(xiàn)象，即，發(fā)生葉片在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的振動(edgewise vibration)。這種振動有時會發(fā)散，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機組振動迅速增加，造成風(fēng)力發(fā)電機組停機，影響風(fēng)力發(fā)電機組的正常發(fā)電。同時，這種振動對葉片也是有害的，它會導(dǎo)致葉片后緣結(jié)構(gòu)失效，產(chǎn)生裂紋，在葉片最大弦長位置產(chǎn)生橫向裂紋，嚴重威脅葉片結(jié)構(gòu)安全。葉片產(chǎn)生振動的首要原因是葉片失速運行時的氣動力導(dǎo)致葉片失速后氣動阻尼變?yōu)樨撝?。而通常氣動阻尼與葉片翼型的靜態(tài)、動態(tài)空氣動力特性、葉片的布局(葉片的幾何分布)、葉片的結(jié)構(gòu)特性(結(jié)構(gòu)阻尼)等有關(guān)。葉片產(chǎn)生振動的次要原因是，在低溫時復(fù)合材料葉片的結(jié)構(gòu)阻尼下降，最后導(dǎo)致總的阻尼下降。因此，為了在不改變現(xiàn)有失速型葉片的結(jié)構(gòu)下減輕由于外部激勵所引起的振動， 可以考慮在在風(fēng)力發(fā)電機組的機艙內(nèi)設(shè)置結(jié)構(gòu)振動控制。所謂結(jié)構(gòu)振動控制，是指在需要減振的結(jié)構(gòu)某個部位設(shè)置一些控制裝置，當(dāng)結(jié)構(gòu)振動時，被動或主動地施加一組控制力或改變結(jié)構(gòu)的動力特性，減小結(jié)構(gòu)振動反應(yīng)，以滿足主體結(jié)構(gòu)能承受的振動要求。根據(jù)是否需要外部能量輸入，結(jié)構(gòu)振動控制可分為被動控制、 主動控制、半主動控制、智能控制、混合控制五類。由于被動控制不需要能量輸入，原理和結(jié)構(gòu)都比較簡單，實現(xiàn)起來比較容易，適用性、可靠性較好，因此在土木工程、橋梁建筑以及高聳結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用。調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(Tuned Mass Damper, TMD)減振控制裝置是包括彈簧、阻尼器和質(zhì)量塊的振動系統(tǒng)，通常支撐或懸掛在結(jié)構(gòu)上。TMD減振控制裝置對需要減振的結(jié)構(gòu)進行振動控制的原理是通過將TMD減振控制裝置的振動頻率調(diào)整到與需要減振的主體結(jié)構(gòu)頻率接近或一致，當(dāng)結(jié)構(gòu)在外部激勵作用下產(chǎn)生振動時，帶動TMD減振控制裝置一起振動，TMD 減振控制裝置相對運動產(chǎn)生的慣性力反作用到該結(jié)構(gòu)上，調(diào)諧這個慣性力，使其對結(jié)構(gòu)的振動產(chǎn)生控制作用，從而達到減小結(jié)構(gòu)振動反應(yīng)的目的。但是，現(xiàn)有的TMD減振控制裝置存在以下缺點1、對結(jié)構(gòu)的控制僅在窄頻率域內(nèi)有效，對頻率調(diào)諧和阻尼比的波動十分敏感；2、TMD減振控制裝置通常包括阻尼器，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工困難，成本較高；3、如果使用液體阻尼器，還容易發(fā)生液體滲漏。調(diào)液質(zhì)量阻尼器(Tuned Liquid Damper,TLD)減振控制裝置在結(jié)構(gòu)振動控制中的應(yīng)用始于二十世紀80年代。它所用的質(zhì)量是液體質(zhì)量，它是一種結(jié)構(gòu)被動控制裝置。TLD減振控制裝置的減振原理是將TLD減振控制裝置安裝在需要減振的結(jié)構(gòu)上，當(dāng)結(jié)構(gòu)受荷載作用產(chǎn)生振動時，TLD減振控制裝置中的液體發(fā)生振蕩；液體振蕩產(chǎn)生的動水壓力作用于剛性容器壁并傳播到結(jié)構(gòu)上，從而對結(jié)構(gòu)運動產(chǎn)生影響。這個作用是慣性力和耗能作用的組合，利用其阻尼的耗能作用和慣性吸振作用，達到減小結(jié)構(gòu)反應(yīng)的目的。TLD減振控制裝置早期被用在航天和航海技術(shù)中(參見iToshiyuki N. et al. Study on a vibration Damper System Using Hydro Dynamic Response of offshore Sloshing Summaries of Technical Papers of Annual Meeting Architecture Institute of Japan,1988,563 570)。20 世紀90年代，李宏男等開始了地震作用下的TLD減振控制裝置對高層建筑及高聳結(jié)構(gòu)的振動控制研究，同時進行了模型實驗，取得了有意義的研究成果(李宏男，賈影，“利用TLD減小高柔結(jié)構(gòu)多振型地震反應(yīng)的研究” [J].《地震工程與工程振動》，2000，20 (2) :122 1觀)。 第一個TLD減振控制裝置用于實際建筑是于1995年在位于日本長崎機場的鋼結(jié)構(gòu)中，設(shè)計安裝了 25個TLD減振控制裝置。對結(jié)構(gòu)進行自由振動實驗結(jié)果表明結(jié)構(gòu)的阻尼系數(shù)比安裝TLD減振控制裝置前增大了近5倍，達到4. 7% ；當(dāng)在20m/s的風(fēng)載作用下，結(jié)構(gòu)的響應(yīng)可減少35 % 50 %。TLD減振控制裝置在日本有著廣泛的應(yīng)用，最著名的是日本長崎機場指揮塔和日本橫濱導(dǎo)航塔。但是，現(xiàn)有的TLD減振控制裝置存在以下缺點1、由于所用的質(zhì)量為液體質(zhì)量，因此容易發(fā)生滲漏；2、液體容易受環(huán)境溫度的影響，使得TLD減振控制裝置本身的減振效果受到影響；3、TLD減振控制裝置對結(jié)構(gòu)的控制僅在較窄的頻域范圍內(nèi)有效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠有效地減小主體結(jié)構(gòu)的振動的TMD減振控制裝置。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種TMD減振控制裝置，該TMD減振控制裝置包括外殼，固定到需要減振的主體結(jié)構(gòu)上；長桿，所述長桿的一端固定在外殼中，所述長桿的另一端延伸到外殼的外部；加強管，裝配在長桿上；橡膠與金屬粘合物，固定在外殼中并包繞長桿的固定在外殼中的一端；配重塊，安裝在加強管上，配重塊的重心與外殼隔開預(yù)定距離。加強管的一部分可延伸至外殼中，加強管的所述一部分被橡膠與金屬粘合物包繞。橡膠與金屬粘合物可包括內(nèi)層金屬和外層橡膠，內(nèi)層金屬包繞長桿的固定在外殼中的所述一端，外層橡膠覆蓋內(nèi)層金屬?？韶灤┡渲貕K形成有通孔，加強管穿過所述通孔，通過螺栓將配重塊安裝在加強管上。配重塊可以是鋼塊、混凝土塊以及裝滿液體的容器中的一種?？赏ㄟ^改變配重塊的質(zhì)量、配重塊的重心與外殼之間的距離以及長桿的延伸到外殼之外的部分的長度中的至少一個，來調(diào)節(jié)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置與主體結(jié)構(gòu)的匹配。可通過調(diào)節(jié)配重塊的質(zhì)量以及配重塊的重心與外殼之間的距離中的至少一個，來改變調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置的固有頻率?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)配重塊的質(zhì)量，來改變調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置與主體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量比。
根據(jù)本發(fā)明的TMD減振控制裝置具有以下有益效果UTMD減振控制裝置的結(jié)構(gòu)簡單可靠，制造成本低廉，安裝簡便。由于TMD減振控制裝置的穩(wěn)定性較好，沒有傳統(tǒng)的機械傳動部分，所以無需特殊保養(yǎng)。與采用液壓阻尼器、 電液伺服阻尼器等其它的阻尼器相比，根據(jù)本發(fā)明的TMD減振控制裝置節(jié)省了很多成本。2、通過調(diào)整配重塊5的質(zhì)量和/或配重塊5在長桿2的位置，可方便地改變TMD 減振控制裝置的固有頻率，從而適應(yīng)不同的主體結(jié)構(gòu)。


通過結(jié)合附圖，從下面的實施例的描述中，本發(fā)明這些和/或其它方面及優(yōu)點將會變得清楚，并且更易于理解，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置的剖視圖。
具體實施例方式本發(fā)明的基本構(gòu)思是，通過將調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)減振控制裝置與需要減振的主體結(jié)構(gòu)相連，使主體結(jié)構(gòu)的振動傳遞到調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置上。以下，參照附圖來詳細描述本發(fā)明的實施例。圖1是根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置的剖視圖。參照圖1，根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的TMD減振控制裝置包括外殼1，固定到需要減振的主體結(jié)構(gòu)上(外殼可根據(jù)實際安裝條件被形成為各種形狀，諸如盒形、圓柱形等)； 長桿2，長桿2的一端固定在外殼1中，長桿2的另一端延伸到外殼1的外部；加強管3，裝配在長桿2上，用于增強長桿的機械強度；橡膠與金屬粘合物4，固定在外殼1中并包繞長桿2的固定在外殼1中的一端；配重塊(也可稱為質(zhì)量塊)5，安裝在加強管3上，配重塊5 的重心與外殼1隔開預(yù)定距離Li。外殼1可通過各種方式(例如焊接、螺紋連接等)固定到需要減振的主體結(jié)構(gòu)上。 在本發(fā)明應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機組的情況下，TMD減振控制裝置的外殼1可固定到風(fēng)力發(fā)電機組的比較堅固的結(jié)構(gòu)(例如塔身、底座或機艙等)。長桿2的一端可通過螺紋連接或焊接等方式固定在外殼1中。橡膠與金屬粘合物 4可呈球形，并且可通過緊固件連接將橡膠與金屬粘合物4固定在外殼1內(nèi)部。如圖1所示，外殼1可包括左側(cè)殼體部分、中間殼體部分以及右側(cè)殼體部分，可通過多個螺栓將左側(cè)殼體部分、中間殼體部分以及右側(cè)殼體部分連接在一起，從而形成外殼1。橡膠與金屬粘合物4可直接固定在長桿2的固定在外殼1中的一端上，以包繞長桿2的固定在外殼1中的所述一端。外殼1的內(nèi)部尺寸和橡膠與金屬粘合物4的外部結(jié)構(gòu)尺寸進行配合，從而使得外殼1、橡膠與金屬粘合物4和長桿2組成一個整體(即，橡膠與金屬粘合物4在外殼1與長桿2的固定在外殼1中的所述一端之間被卡緊)。加強管3的一部分可延伸至外殼1中， 加強管3的所述一部分被橡膠與金屬粘合物4包繞。橡膠與金屬粘合物4可包括內(nèi)層金屬41和外層橡膠42，內(nèi)層金屬41包繞長桿2 的固定在外殼1中的所述一端，外層橡膠42覆蓋內(nèi)層金屬41，內(nèi)層金屬41和外層橡膠42 可通過硫化工藝結(jié)合為一體。可以貫穿配重塊5形成通孔，加強管3穿過該通孔，通過螺栓將配重塊5安裝在加強管3上。TMD減振控制裝置的外殼1、長桿2、加強管3和配重塊5可由鋼材制成，也可由與鋼材具備同樣強度的其它材料制成，例如工程塑料等。另外，配重塊5也可以是混凝土塊， 或者可以是裝滿液體的容器，只要能夠起到配重的作用即可。當(dāng)施加到主體結(jié)構(gòu)的振動傳遞到TMD減振控制裝置上時，長桿2可相對于與長桿 2的軸線垂直的平面進行任何方向的擺動，同時帶動安裝在加強管3上的配重塊5擺動。橡膠與金屬粘合物4可通過硫化工藝形成，具有預(yù)定的彈性。由于橡膠與金屬粘合物4包繞長桿2的固定在外殼1中的一端，因此可對長桿2和配重塊5的擺動起到阻尼的作用，使得在長桿2和配重塊5的擺動與施加到主體結(jié)構(gòu)的振動之間產(chǎn)生預(yù)定的相位差， 從而長桿2和配重塊5的擺動與施加到主體結(jié)構(gòu)的振動彼此部分抵消，以達到減振的目的。由于TMD減振控制裝置的配重塊質(zhì)量影響到TMD減振控制裝置的調(diào)諧頻帶寬度， 所以在比較有針對性的實際設(shè)計過程中要考慮到實際的使用環(huán)境和激勵力的頻率范圍來選取質(zhì)量參數(shù)。一般來說，TMD減振控制裝置的配重塊質(zhì)量越大，TMD減振控制裝置的調(diào)諧頻帶寬度越寬，但是配重塊質(zhì)量越大，成本就越高，而且還要考慮到安裝空間問題。TMD減振控制裝置的配重塊質(zhì)量、阻尼比、固有頻率對需要減振的主體結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)有很大影響。業(yè)界通常認為TMD減振控制裝置的配重塊質(zhì)量與主體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量比在 0. 005 0. 03之間，因此主體結(jié)構(gòu)質(zhì)量確定后，可計算出TMD減振控制裝置的配重塊質(zhì)量； 此外，TMD減振控制裝置與主體結(jié)構(gòu)的固有頻率比接近1時，減振效果最好；而阻尼比則取決于橡膠的配方，可以由實驗獲得。因此，可通過適當(dāng)選擇TMD減振控制裝置的阻尼比和固有頻率等參數(shù)，使TMD減振控制裝置的振動響應(yīng)曲線的一個峰點與主體結(jié)構(gòu)的擺振頻率重合，從而使主體結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)最小。在本發(fā)明應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機組的情況下，主體結(jié)構(gòu)的擺振頻率是指由風(fēng)力發(fā)電機組葉片轉(zhuǎn)動引起的擺振頻率，當(dāng)擺振頻率與TMD減振控制裝置的固有頻率接近時，TMD減振控制裝置開始響應(yīng)，將由葉片引起的擺振能量傳遞到TMD減振控制裝置上，使其轉(zhuǎn)化為TMD減振控制裝置的動能，從而減小葉片擺振對風(fēng)力發(fā)電機組的損害。因此，可通過改變TMD減振控制裝置的配重塊5的質(zhì)量M、配重塊5的重心與外殼 1之間的距離Ll以及長桿2的延伸到外殼1之外的部分的長度L2中的至少一個，來調(diào)節(jié) TMD減振控制裝置與主體結(jié)構(gòu)的匹配，從而達到更好的振動抑制效果。具體地講，可考慮以下3個方面1、可根據(jù)主體結(jié)構(gòu)的不同，調(diào)節(jié)控制裝置的配重塊5的質(zhì)量M以及配重塊5的重心與外殼1之間的距離Ll中的至少一個，從而改變TMD減振控制裝置的固有頻率；2、可以調(diào)節(jié)配重塊5的質(zhì)量M,來改變TMD減振控制裝置與主體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量比，使減振效果達到最佳；3、可改變長桿2的延伸到外殼1之外的部分的長度L2，以更有效地調(diào)節(jié)TMD減振控制裝置的參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的TMD減振控制裝置具有以下有益效果UTMD減振控制裝置的結(jié)構(gòu)簡單可靠，制造成本低廉，安裝簡便。由于TMD減振控制裝置的穩(wěn)定性較好，沒有傳統(tǒng)的機械傳動部分，所以無需特殊保養(yǎng)。與采用液壓阻尼器、 電液伺服阻尼器等其它的阻尼器相比，根據(jù)本發(fā)明的TMD減振控制裝置節(jié)省了很多成本。2、通過調(diào)整配重塊5的質(zhì)量和/或配重塊5在長桿2的位置，可方便地改變TMD 減振控制裝置的固有頻率，從而適應(yīng)不同的主體結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明中雖然以風(fēng)力發(fā)電機組作為TMD減振控制裝置的應(yīng)用示例，但是本發(fā)明不限于此，根據(jù)本發(fā)明的TMD減振控制裝置可應(yīng)用于需要減振的各種主體結(jié)構(gòu)，諸如輸電塔、電信發(fā)射塔、指揮塔、景觀塔等各種高聳結(jié)構(gòu)。雖然本發(fā)明是參照其示例性的實施例被具體描述和顯示的，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對其進行形式和細節(jié)的各種改變。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置，包括外殼，固定到需要減振的主體結(jié)構(gòu)上；長桿，所述長桿的一端固定在外殼中，所述長桿的另一端延伸到外殼的外部；加強管，裝配在長桿上；橡膠與金屬粘合物，固定在外殼中并包繞長桿的固定在外殼中的一端；配重塊，安裝在加強管上，配重塊的重心與外殼隔開預(yù)定距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置，其特征在于，加強管的一部分延伸至外殼中，加強管的所述一部分被橡膠與金屬粘合物包繞。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置，其特征在于，橡膠與金屬粘合物包括內(nèi)層金屬和外層橡膠，內(nèi)層金屬包繞長桿的固定在外殼中的所述一端，外層橡膠覆蓋內(nèi)層金屬。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置，其特征在于，貫穿配重塊形成有通孔，加強管穿過所述通孔，通過螺栓將配重塊安裝在加強管上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置，其特征在于，配重塊是鋼塊、 混凝土塊以及裝滿液體的容器中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置，其特征在于，通過改變配重塊的質(zhì)量、配重塊的重心與外殼之間的距離以及長桿的延伸到外殼之外的部分的長度中的至少一個，來調(diào)節(jié)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置與主體結(jié)構(gòu)的匹配。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置，其特征在于，通過調(diào)節(jié)配重塊的質(zhì)量以及配重塊的重心與外殼之間的距離中的至少一個，來改變調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置的固有頻率。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置，其特征在于，通過調(diào)節(jié)配重塊的質(zhì)量，來改變調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置與主體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量比。
全文摘要
本發(fā)明提供一種調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置，該調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置包括外殼，固定到需要減振的主體結(jié)構(gòu)上；長桿，所述長桿的一端固定在外殼中，所述長桿的另一端延伸到外殼的外部；加強管，裝配在長桿上；橡膠與金屬粘合物，固定在外殼中并包繞長桿的固定在外殼中的一端；配重塊，安裝在加強管上，配重塊的重心與外殼隔開預(yù)定距離。該調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置的結(jié)構(gòu)簡單可靠，制造成本低廉，安裝簡便。
文檔編號E04B1/98GK102409775SQ201110263289
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者張才盛, 李祺 申請人:江蘇金風(fēng)風(fēng)電設(shè)備制造有限公司