振動限制模塊以及具有振動限制模塊的設備、用于結(jié)構(gòu)裝置的結(jié)構(gòu)段和風能設施的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的振動限制模塊。此外，本發(fā)明涉及 一種具有這種振動限制模塊的設備以及一種具有這種振動限制模塊的用于結(jié)構(gòu)裝置的結(jié) 構(gòu)段以及一種具有塔和帶有這種振動限制模塊的塔段的風能設施。
【背景技術(shù)】
[0002] 風能設施（WEA)由于其高的和在此細長的結(jié)構(gòu)形式為尤其易受振動影響的構(gòu)造； 這尤其適合于風能設施的鋼管塔和預應力混凝土塔，所述風能設施越來越多地設計用于更 高的轂高度，這增大易受干擾振動性。尤其地，具有同樣振動的轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子的共 振現(xiàn)象能夠引起風能設施的復雜的振動形式，尤其也在其塔上。同時，風能設施的塔的節(jié)約 資源的構(gòu)造例如關(guān)于其塔直徑和壁厚的減小是越來越重要的。原則上，這適用于風能設施 的每種類型的結(jié)構(gòu)方式、但是尤其也適用于具有管形塔、例如鋼管塔或預制件混凝土塔的 風能設施。
[0003] 已知結(jié)構(gòu)方式的風能設施具有安置在塔上的、承載轉(zhuǎn)子的吊艙。已知的是，在塔中 安置吸振器。例如，EP 1 008 747 B1描述一種用于衰減風能設施中的振動的吸振器，所述 吸振器具有飛輪質(zhì)量、擺桿、擺軸承或擺動關(guān)節(jié)以及衰減機構(gòu)。吸收特性通過下述方式實 現(xiàn)：飛輪質(zhì)量相對于風能設施的結(jié)構(gòu)件以相移的方式振動。衰減機構(gòu)與擺動關(guān)節(jié)共同構(gòu)成 為結(jié)構(gòu)單元并且基本上由一個或多個彈性體模塊構(gòu)成，其中吸振器能夠沿平面的任意方向 加速。
[0004] 原則上，將吸振器理解成下述結(jié)構(gòu)模塊，所述結(jié)構(gòu)模塊由重塊和至少一個彈簧構(gòu) 成并且能夠通過接合到能振動的系統(tǒng)、例如風能設施上來降低其振動。吸振器的也稱作為 反振動重塊的重塊尤其相對于結(jié)構(gòu)裝置主要結(jié)構(gòu)的、例如風能設施以相移的方式振動。吸 振器的由于加速出現(xiàn)的力能夠?qū)氲斤L能設施的要靜止的主要結(jié)構(gòu)中。吸振器的作用不局 限于吸收激勵的作用點、而且也作用于連接的主要結(jié)構(gòu)的其他點。原則上，吸振器能夠用于 相對窄地限界的振動干擾頻率，因為通常僅吸振器的受限改變的吸收頻率可用；因此，吸振 器適合作為靜態(tài)部件用于減小振動。吸振器的主要優(yōu)點但是在于，所述吸振器相對好地針 對要吸收的干擾振動設計并且在適當?shù)脑O計方案中能夠?qū)⑺龈蓴_振動實際上完全消除。 要考慮的是，對于能干擾振動的主要結(jié)構(gòu)例如風能設施的和吸振器的耦聯(lián)系統(tǒng)而言，在吸 收時要觀察頻率分解，所述頻率分解位于吸收頻率或原始的振動干擾頻率之外并且必要時 能夠引起在吸收頻率之外的更高的振動幅值。
[0005] 減振器與吸振器是不同的，同樣能夠用于補充吸振器，視作為一個系統(tǒng)，所述系統(tǒng) 將反振動重塊借助于彈簧和衰減元件連接于要衰減的主要結(jié)構(gòu)。在此，彈簧元件和衰減元 件能夠以不同的方式構(gòu)成。減振器原則上視作為動態(tài)作用的系統(tǒng)并且能夠與純的吸振器相 比在不同的干擾頻率的更寬的頻譜中工作。
[0006] 就此，吸振器的在EP 1 008 747 B1中描述的結(jié)構(gòu)更確切地說稱作為減振器。系 統(tǒng)本身稱作為無源作用的系統(tǒng)。
[0007] 用于減少振動的無源作用的設計使用干擾振動的主要結(jié)構(gòu)上的衰減的或不衰減 的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)具有起機械功能的彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)。使用無源的吸振器例如尤其適合于 下述情況：干擾振動的頻率是相對好地已知的并且位于相對窄地限制的未知的頻率范圍 中。與此無關(guān)地，無源系統(tǒng)能夠通過擴展而設有有源的調(diào)節(jié)元件進而構(gòu)造成有源的系統(tǒng)；這 例如通過下述方式：將主要結(jié)構(gòu)的或尤其吸振器或減振器的重要參數(shù)實時地針對主要結(jié)構(gòu) 的改變的條件來設定。由此，位于主要干擾頻率的特定的共振頻率附近的其他的干擾頻率 也能夠相對寬帶地吸收和/或衰減。所述方法通常在大多數(shù)情況下需要耗費的調(diào)控技術(shù)以 及外部的能量輸送。
[0008] 能可變地但是固定地設定成不同的干擾頻率的具有可變的吸收固有頻率的吸振 系統(tǒng)從DE 20 2005 019 949 U1中已知。其中，構(gòu)成為立式擺的具有吸收質(zhì)量的吸收系統(tǒng) 經(jīng)由彈簧裝置支撐在基座上并且吸收質(zhì)量的重心的基本距離能夠改變。平行于在吸收質(zhì)量 和基座之間的彈簧裝置設有抗壓的和/或抗拉的間距限定元件，其長度是可變的。原則上， 這種或其他的立式的吸收設備優(yōu)選能夠用于建筑物衰減。建筑物中的相對復雜的振動減少 裝置基于立式擺在DE 197 34 993 A1中描述。
[0009] 值得期望的是，為了保護易受振動影響的結(jié)構(gòu)裝置，尤其借助于干擾振動形式的 適當?shù)恼穹鶞p小裝置、特別借助于吸振裝置來提供相對有效地工作的振動限制裝置，所述 振動限制裝置同時安全地設計并且此外相對簡單地構(gòu)造和/或能夠可操作地提供。
[0010] 德國專利商標局在優(yōu)先權(quán)申請中對本申請檢索到下述現(xiàn)有技術(shù)：DE 20 2005 019 949 U1、US 6 672 763 B1、EP 1 008 747 B1 和 DE 197 34 993 A1。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 在該處設計本發(fā)明，本發(fā)明的目的是，提出一種設備，所述設備構(gòu)成為用于懸掛地 安置在結(jié)構(gòu)裝置上并且所述設備以改進的方式構(gòu)成用于限制結(jié)構(gòu)裝置的干擾振動，尤其吸 收干擾振動。尤其地，設備應當能夠相對有效地并且安全地在有源系統(tǒng)中提供振動限制、優(yōu) 選吸振。盡管如此，設備應相對簡單地并且盡管如此可靠地并且安全地設計。
[0012] 尤其地，應設計一種用于與風能設施的、尤其風能設施的塔的第一固有頻率相比 更高的固有頻率的共振現(xiàn)象的設備。這種尤其與基本上與在塔區(qū)域中具有波腹的振動形式 相關(guān)聯(lián)的、與第一固有頻率相比更高的固有頻率通過吊艙運動并且尤其通過吊艙的俯仰力 矩產(chǎn)生。附加地，轉(zhuǎn)子并且尤其轉(zhuǎn)子運動也能對不可忽略的振動形式提供相對復雜的貢獻。 這例如能夠引起下述振動形式，所述振動形式雖然在吊艙的區(qū)域中具有敞開的端部，然而 在塔區(qū)域中具有振動形式的波腹和節(jié)點。已發(fā)現(xiàn)，尤其第二固有頻率能夠具有波腹，所述波 腹不位于吊艙的區(qū)域中或不直接位于風能設施的吊艙下方，而是能夠明顯地位于其下。
[0013] 本發(fā)明的目的是，尤其提出一種吸振模塊、一種用于吸振的設備以及一種用于結(jié) 構(gòu)裝置的結(jié)構(gòu)段和一種結(jié)構(gòu)裝置、尤其風能設施，其以改進的方式構(gòu)成用于有源地和/或 無源地吸收和/或衰減振動。
[0014] 涉及設備的目的通過本發(fā)明借助開始提及類型的振動限制模塊來實現(xiàn)，其中根據(jù) 本發(fā)明也提出權(quán)利要求1的特征部分的特征。
[0015] 模塊尤其構(gòu)成用于懸掛地安置在結(jié)構(gòu)裝置上并且呈吸振模塊的形式構(gòu)成。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明，振動限制模塊具有：
[0017]-承載機構(gòu)
[0018]-擺系統(tǒng)，所述擺系統(tǒng)具有擺質(zhì)量和用于將擺質(zhì)量懸掛在承載機構(gòu)上的懸掛系統(tǒng)， 其中懸掛系統(tǒng)具有沿懸掛軸線的方向伸展的擺質(zhì)量懸掛裝置，所述擺質(zhì)量懸掛裝置經(jīng)由懸 掛頭固定在承載機構(gòu)上。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明，此外提出：
[0020] -懸掛系統(tǒng)具有多個沿懸掛軸線的方向伸展的擺簧元件，并且
[0021] -擺質(zhì)量懸掛裝置的懸掛頭具有關(guān)節(jié)頭，所述關(guān)節(jié)頭固定在承載機構(gòu)上并且所述 關(guān)節(jié)頭具有構(gòu)成為滑動軸承的擺軸承。
[0022] 尤其地，多個擺簧元件中的至少一個擺簧元件沿懸掛軸線的方向固定在擺質(zhì)量和 承載機構(gòu)上。
[0023] 本發(fā)明的設計尤其將下述兩個方式組合，即簡單地說，第一：相對簡單地設計的、 但是對于吸振而言有效作用的擺軸承，所述擺軸承構(gòu)成為滑動軸承，以及第二：擺簧元件沿 懸掛軸線的方向的定向，即尤其是平行于擺質(zhì)量懸掛裝置。
[0024] 振動限制模塊的根據(jù)本發(fā)明的設計方案的上述第二方面借助沿懸掛軸線的方 向一一也稱作為豎直方向一一在擺質(zhì)量和承載機構(gòu)之間伸展的擺簧元件原則上提出用于 擺質(zhì)量的彈性的彈力的前提條件，所述彈性的彈力在一個優(yōu)選的改進方案的范圍中可設 定，尤其能夠可變地設定地構(gòu)造。
[0025] 此外，在一個改進方案的范圍中，尤其證實為尤其有效的是，擺軸承無衰減地構(gòu) 成，即擺質(zhì)量懸掛裝置構(gòu)成用于擺質(zhì)量的擺動運動。尤其地，已經(jīng)證實為有利的是，擺質(zhì)量 懸掛裝置是長度和/或方向不可變的；這進一步地有益于簡單的并且盡管如此安全地進而 持久且長久穩(wěn)定的擺軸承設計方案。
[0026] 本發(fā)明的設計也提及權(quán)利要求23的限制振動的、尤其吸振的設備，所述設備根據(jù) 本發(fā)明構(gòu)成用于將吸振模塊懸掛地安裝在結(jié)構(gòu)裝置上。
[0027] 尤其地，已經(jīng)證實有效是，設有多個振動限制模塊、尤其是吸振器模塊。這能夠有 助于方向可變性和相對寬帶的吸振，優(yōu)選針對于例如為風能設施、尤其是塔或風能設施的 塔的結(jié)構(gòu)裝置的更高的固有頻率。
[0028] 本發(fā)明的設計也提及根據(jù)權(quán)利要求27的用于具有限制振動的、尤其吸振的設備 的結(jié)構(gòu)裝置的結(jié)構(gòu)段，所述設備具有一個、尤其多個振動限制模塊。尤其地，在一個改進方 案的范圍中提出，結(jié)構(gòu)段構(gòu)成為用于風能設施的塔段并且具有上述類型的振動限制模塊。
[0029] 本發(fā)明的設計也提及一種風能設施、尤其是根據(jù)權(quán)利要求29的風能設施，所述風 能設施具有塔和安置在塔上的、承載轉(zhuǎn)子的吊艙，其中塔具有塔段，所述塔段具有上述類型 的限制振動的設備。
[0030] 在上述類型的風能設施中，在吊艙中，發(fā)電機與軸連接，其中軸能夠經(jīng)由轉(zhuǎn)子的多 個轉(zhuǎn)子葉片驅(qū)動，所述轉(zhuǎn)子葉片與軸經(jīng)由轂連接。在此，轉(zhuǎn)子葉片經(jīng)由葉片軸承與轂的轂適 配器連接。以所述方式，風能能夠變成軸的轉(zhuǎn)動運動并且用于驅(qū)動發(fā)電機；在吊艙中設有一 排變流器模塊，所述變流器模塊構(gòu)成將由發(fā)電機直接提供的電流置于電網(wǎng)頻率上。
[0031] 尤其地，本發(fā)明已知的是，上述塔段尤其有利地適合于安裝在風能設施的塔的大 約2/3的高度中，尤其安裝在風能設施的塔的2/3減去20%至2/3加上20%之間的高度的 區(qū)域中，以便尤其有效地吸收風能設施的、尤其是風能設施的塔的可能共振的干擾振動的 第二固有頻率。
[0032] 本發(fā)明基于下述考慮，尤其吸振器模塊作為基礎適合于相對簡單地持久地并且盡 管如此安全地減小干擾振動，所述吸振器模塊然而能夠改建成適合的減小振動的模塊；吸 振器模塊首先有利地是無源的并且能夠以相對小的耗費和盡管如此高的效率實現(xiàn)。本發(fā) 明已知的是，多個結(jié)構(gòu)裝置、尤其是風能設施是對于復雜的諧振的干擾振動也易受影響的 能振動的系統(tǒng)。同時，能在可相對好地限界的范圍中標識固有頻率；尤其地，更高的固有頻 率也能夠?qū)τ谙薅ǖ慕Y(jié)構(gòu)裝置、尤其風能設施相對好地限定。已知的是，吸振器模塊能夠以 尤其簡單和有效的方式針對結(jié)構(gòu)裝置、尤其是風能設施的干擾頻譜的已知的固有頻譜來設 計。
[0033] 簡而言之，本發(fā)明基于一種擺系統(tǒng)、尤其是擺動吸收器，具有擺質(zhì)量和帶有擺質(zhì)量 懸掛裝置的懸掛系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明，在懸掛系統(tǒng)中設有多個擺簧元件和帶有關(guān)節(jié)頭的擺質(zhì) 量懸掛裝置，所述關(guān)節(jié)頭具有構(gòu)成為滑動軸承的擺軸承。
[0034] 構(gòu)成為懸掛的擺的減小振動的模塊、尤其振動吸收器模塊根據(jù)本發(fā)明的設計一方 面設有優(yōu)選作為滑動軸承的擺動支承裝置。這出于不同的原因偏愛其他的軸承可能性。本 發(fā)明已知的是，借助于根據(jù)本發(fā)明的設計的關(guān)節(jié)頭能夠?qū)崿F(xiàn)持久的且能負載的懸掛系統(tǒng)， 所述懸掛系統(tǒng)原則上首先能夠提供滑動軸承的免維護的滑動面；借此，根據(jù)本發(fā)明的設計 的擺質(zhì)量懸掛裝置與耗費的系統(tǒng)相比證實為是優(yōu)越的并且此外允許尤其有效地減小構(gòu)件 的干擾頻率、尤其由于滑動軸承的小的衰減。
[0035] 關(guān)于擺軸承，本發(fā)明此外已知的是，在風能設施的運行時間期間，并且盡管環(huán)境條 件是不利的，甚至在擺強烈偏移時，借助滑動軸承的滑動面的適當?shù)脑O計方案，實現(xiàn)成持久 的和高的可靠性。尤其地，本發(fā)明的設計能夠?qū)崿F(xiàn)，借助滑動軸承能夠?qū)崿F(xiàn)有效且少維護的 振動減少裝置，所述振動減少裝置此外能夠緊湊地、節(jié)約空間地并且一一借此尤其對于風 能設施有利地一一實現(xiàn)。通過使用多個吸振器模塊，甚至在相對于單向地固定用于偏移的 關(guān)節(jié)頭中實現(xiàn)方向無關(guān)的振動吸收，所述振動吸收此外是有效且簡單的。
[0036] 此外，另一方面，在長度和/或方向不可變的擺質(zhì)量懸掛裝置中，明確地不直接追 溯到擺質(zhì)量的或者直接的擺長度的可變