專利名稱：用于衰減風(fēng)力渦輪機(jī)中的振動(dòng)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于衰減風(fēng)力渦輪機(jī)塔中的振動(dòng)的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代風(fēng)力渦輪機(jī)通常用于將電力供給到電網(wǎng)中。這種風(fēng)力渦輪機(jī)通常包括轉(zhuǎn)子， 其具有轉(zhuǎn)子轂和多個(gè)葉片。轉(zhuǎn)子在風(fēng)力影響葉片的情況下進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子或者通過(guò)使用變速箱驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。轂、變速箱(如果存在的話)、發(fā)電機(jī)和其它系統(tǒng)通常安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)塔的頂部上的機(jī)艙中。已知多種風(fēng)力渦輪機(jī)塔構(gòu)造。最新式的風(fēng)力渦輪機(jī)包括管狀塔結(jié)構(gòu)。所述管狀結(jié)構(gòu)可以由鋼和/或者混凝土制成，并且可以由單個(gè)分段制成，或者可以包括多個(gè)分段。其它風(fēng)力渦輪機(jī)塔由桁架結(jié)構(gòu)制成。此外，已知混合風(fēng)力渦輪機(jī)塔，所述混合風(fēng)力渦輪機(jī)塔包括上述塔概念的組合。在風(fēng)力渦輪機(jī)的操作期間，在風(fēng)力渦輪機(jī)塔結(jié)構(gòu)中會(huì)產(chǎn)生不期望的振動(dòng)。振動(dòng)在該方面意味著包括任何振幅(較大的振幅或者較小的振幅)的和任何頻率(較高的頻率或者較低的頻率，恒定的頻率或者變化的頻率)的、沿著任何方向(橫向方向、縱向方向或者超環(huán)面的方向)的擺動(dòng)或者重復(fù)的位移中的任一種。這些振動(dòng)會(huì)由于不同的因素導(dǎo)致，例如，作用在塔上的風(fēng)、沿著塔經(jīng)過(guò)塔且局部地干擾風(fēng)向的葉片、從變速箱傳遞到塔的振動(dòng)、 轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)、機(jī)艙不平衡、從轂傳遞到塔的振動(dòng)等。如果在延長(zhǎng)的時(shí)間周期期間塔受到這樣的振動(dòng)，則會(huì)產(chǎn)生疲勞損傷。疲勞損傷會(huì)使風(fēng)力渦輪機(jī)塔和/或其部件縮短使用壽命。此外， 當(dāng)振動(dòng)在風(fēng)力渦輪機(jī)塔中引起共振時(shí)會(huì)存在危險(xiǎn)，這可能會(huì)危險(xiǎn)地增大振動(dòng)。又一個(gè)復(fù)雜因素是風(fēng)力渦輪機(jī)(轉(zhuǎn)子、機(jī)艙、塔等)的尺寸持續(xù)增大。隨著塔變得越來(lái)越大和越來(lái)越薄弱，塔也變得對(duì)所引入的振動(dòng)越來(lái)越敏感。而且，未來(lái)，風(fēng)力渦輪機(jī)將日益設(shè)置在海上或者近岸區(qū)。不管風(fēng)力渦輪機(jī)塔是浮動(dòng)地布置(在海上)還是布置在海床中的地基上(在近岸區(qū))，海浪都會(huì)形成風(fēng)力渦輪機(jī)塔中的另一個(gè)振動(dòng)源。另外，設(shè)置在海上或者近岸區(qū)的風(fēng)力渦輪機(jī)的設(shè)計(jì)葉尖速度通常高于設(shè)置在海岸上的風(fēng)力渦輪機(jī)的設(shè)計(jì)葉尖速度。轂從而將以較高的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。葉片經(jīng)過(guò)塔的頻率也因而增大。達(dá)到風(fēng)力渦輪機(jī)塔的共振頻率的振動(dòng)的危險(xiǎn)性也隨之增大。因而，顯然需要提供一種用于衰減風(fēng)力渦輪機(jī)塔中的振動(dòng)的方法和系統(tǒng)。在現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)提出若干系統(tǒng)。例如，已知主動(dòng)地控制轉(zhuǎn)子葉片的傾角或者風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)速以限制風(fēng)力渦輪機(jī)塔中的振動(dòng)。然而，這意味著有時(shí)風(fēng)力渦輪機(jī)在不最優(yōu)的條件下操作，并且由風(fēng)力渦輪機(jī)所產(chǎn)生的電力在其潛能以下，以便限制塔中的振動(dòng)。另外，如果例如使用槳距控制來(lái)限制振動(dòng)，則更加密集地使用槳距馬達(dá)(或多個(gè)槳距馬達(dá))，這樣會(huì)縮短槳距馬達(dá)的使用壽命。還可以提出簡(jiǎn)單地增大風(fēng)力渦輪機(jī)塔的厚度。然而，增加塔中的材料當(dāng)然也將增加風(fēng)力渦輪機(jī)的成本，并且會(huì)甚至使塔(塔分段)運(yùn)輸?shù)皆O(shè)置位置變得復(fù)雜。還已知提供一種懸置在機(jī)艙下的質(zhì)量的形式的已調(diào)節(jié)質(zhì)量的阻尼器以抵抗Ist前后和Ist左右塔模式。在塔的頂部處懸置質(zhì)量會(huì)減小在塔的頂部處的可用空間(其中，可用空間已經(jīng)非常有限)。另外，該已調(diào)節(jié)質(zhì)量的阻尼器僅可以用于衰減單一頻率的振動(dòng)。在某些其它現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施例中，在塔中質(zhì)量被懸置得低一點(diǎn)以衰減2nd前后和2nd左右模式。 而且在該情況下，在塔中用于其它系統(tǒng)的可用空間被顯著地減少。EP 1677033公開(kāi)了一種風(fēng)力渦輪機(jī)，其包括布置在塔處或者機(jī)艙處的振動(dòng)載荷減小系統(tǒng)。振動(dòng)載荷減小系統(tǒng)包括基部；從基部延伸的至少兩個(gè)柱；以及位于基部和至少兩個(gè)柱內(nèi)的可流動(dòng)的質(zhì)量。該現(xiàn)有技術(shù)的解決方案因而增加了在塔的頂部處的質(zhì)量，這就其本身來(lái)說(shuō)不是期望的。WO 2008/000265公開(kāi)了一種風(fēng)力渦輪機(jī)塔以及控制裝置和載荷改變裝置，所述控制裝置用于在風(fēng)力渦輪機(jī)中建立起擺動(dòng)控制值，所述載荷改變裝置用于響應(yīng)于來(lái)自控制裝置的值優(yōu)化塔本征頻率。所述載荷改變裝置可以包括例如布置在風(fēng)力渦輪機(jī)塔內(nèi)側(cè)的鋼絲或者桿。EP 1811171公開(kāi)了一種用于衰減風(fēng)力渦輪機(jī)塔的位移的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括多個(gè)減震器和多個(gè)梁，所述多個(gè)梁斜對(duì)角布置在風(fēng)力渦輪機(jī)塔內(nèi)。該布置本質(zhì)上具有有限的衰減振動(dòng)的能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于衰減風(fēng)力渦輪機(jī)塔中的振動(dòng)的系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法至少部分地減少了現(xiàn)有技術(shù)的解決方案的上述缺點(diǎn)。所述目的通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求 1所述的風(fēng)力渦輪機(jī)塔、根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法以及根據(jù)權(quán)利要求19所述的用途來(lái)實(shí)現(xiàn)。在第一方面中，本發(fā)明提供一種風(fēng)力渦輪機(jī)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括基本管狀的塔結(jié)構(gòu)和一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)阻尼系統(tǒng)，所述一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)阻尼系統(tǒng)中的至少一個(gè)包括多個(gè)支架元件和阻尼器，所述支架元件中的一個(gè)連接到所述塔結(jié)構(gòu)，并且所述支架元件和阻尼器鏈接成使得塔結(jié)構(gòu)的局部位移引起阻尼器沿著其縱向軸線的增大的位移。為了較好地衰減振動(dòng)，期望的是甚至較小的位移導(dǎo)致較高的阻尼力。阻尼系統(tǒng)中所產(chǎn)生的阻尼力并不直接取決于結(jié)構(gòu)的局部位移(或“漂移”)，而是取決于由該漂移所導(dǎo)致的阻尼器沿著阻尼器的軸線的相對(duì)位移。通常UD = f · U 方程式1在該方程式中，uD是阻尼器沿著阻尼器的軸線的相對(duì)位移，f是放大系數(shù)，并且U 是沿著風(fēng)力渦輪機(jī)塔的局部位移。類似地，由阻尼器施加在結(jié)構(gòu)上的力(F)與沿著阻尼器的軸線的力(ig成比例，倍數(shù)為同一個(gè)放大系數(shù)f :F = f · 方程式2根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供多個(gè)支架元件和阻尼器。支架元件在該方面解釋為這樣的任何結(jié)構(gòu)元件，即，所述任何結(jié)構(gòu)元件使周圍的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、加強(qiáng)周圍的結(jié)構(gòu)或者加固周圍的結(jié)構(gòu)。支架元件可以例如由梁(任何橫截面的梁)、硬桿或者管等形成。在本發(fā)明的所述第一方面中，支架元件和阻尼器鏈接成使得基本管狀的結(jié)構(gòu)的局部位移增加了阻尼器沿著其縱向軸線的位移(放大系數(shù)f> 1)。風(fēng)力渦輪機(jī)塔結(jié)構(gòu)的較小的局部位移從而導(dǎo)致了阻尼器的較大的位移，所述阻尼器的較大的位移導(dǎo)致較高的阻尼力。這將參照?qǐng)DIa至Ic進(jìn)一步解釋。在圖1中，示出第一塔狀結(jié)構(gòu)1。結(jié)構(gòu)1會(huì)在(振動(dòng)的)載荷下變形，如由虛線所指示。參照?qǐng)Dla，用于直支架的放大系數(shù)(如在方程式1中所使用)等于1。參照?qǐng)Dlb，對(duì)于斜對(duì)角布置的支架而言，放大系數(shù)等于cos θ。對(duì)于肘節(jié)支架(toggle-brace)阻尼系統(tǒng) (例如圖Ic中正好示意性地示出的系統(tǒng))而言，所述放大系數(shù)可以達(dá)到值2或者甚至高達(dá) 3.6(依據(jù)所選擇的角Q1* θ2)。而且，對(duì)于如圖Id中所示的具有彎曲梁(例如，玻璃纖維的彎曲梁)的布置而言，或者對(duì)于如圖Ie中所示的某一混合布置而言，放大系數(shù)可以大于1。就如圖If中所示的包括搖桿在內(nèi)的另一個(gè)布置而言，放大系數(shù)也可以大于1。振動(dòng)阻尼系統(tǒng)不需要大量的空間(與某一現(xiàn)有技術(shù)的解決方案相反，該解決方案從機(jī)艙向下沿著塔懸置質(zhì)量)并且可以布置在沿著風(fēng)力渦輪機(jī)塔的多種位置處。風(fēng)力渦輪機(jī)塔將從而仍然具有足夠的可用空間，所述可用空間例如用于塔內(nèi)的電纜、階梯或者升降機(jī)。此外，甚至多個(gè)振動(dòng)阻尼系統(tǒng)可以沿著塔布置(而仍然不占據(jù)大量的空間)。多個(gè)振動(dòng)阻尼系統(tǒng)可以用于衰減多種振動(dòng)模式。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)阻尼系統(tǒng)中的至少一個(gè)是肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)。肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)由至少一個(gè)肘節(jié)(其包括兩個(gè)支架元件，所述兩個(gè)支架元件端部對(duì)端部地連結(jié)在一起，但不共線)和連接到所述至少一個(gè)肘節(jié)的阻尼元件形成。在某些實(shí)施例中，所述肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)包括阻尼元件和具有兩個(gè)支架元件的肘節(jié)，所述支架元件在其相應(yīng)的第一端部處安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)塔內(nèi)并且在其相應(yīng)的第二端部處彼此連接起來(lái)，所述阻尼元件在其第一端部處安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)并且在其第二端部處連接到所述支架元件的相應(yīng)的第二端部。這些肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)通常稱為下肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)(其中，阻尼元件在兩個(gè)支架元件連接的位置處連接并且布置在肘節(jié)下方)或者上肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)(其中，阻尼元件在兩個(gè)支架元件連接的位置處連接并且布置在肘節(jié)上方)。在其它實(shí)施例中，所述肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)包括阻尼元件和具有兩個(gè)支架元件的肘節(jié)，所述支架元件在其相應(yīng)的第一端部處安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)塔內(nèi)并且在其相應(yīng)的第二端部處彼此連接起來(lái)，所述阻尼元件在其第一端部處安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)并且在其第二端部處垂直地連接到所述支架元件中的一個(gè)。這些肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)通常稱為翻轉(zhuǎn)的肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)(阻尼元件在兩個(gè)支架元件連接的位置處連接并且結(jié)果布置在肘節(jié)的基本側(cè)邊)。在又一些實(shí)施例中，所述肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)包括阻尼元件以及第一肘節(jié)和第二肘節(jié)，每個(gè)肘節(jié)都具有兩個(gè)支架元件，所述第一肘節(jié)的所述兩個(gè)支架元件在其相應(yīng)的第一端部處安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)塔內(nèi)并且在其相應(yīng)的第二端部處彼此連接起來(lái)，所述第二肘節(jié)的所述兩個(gè)支架元件在其相應(yīng)的第一端部處安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)塔內(nèi)并且在其相應(yīng)的第二端部處彼此連接起來(lái)，所述阻尼元件在其第一端部處連接到所述第一肘節(jié)的支架元件的相應(yīng)的第二端部，并且在其第二端部處連接到所述第二肘節(jié)的支架元件的相應(yīng)的第二端部。 該構(gòu)造通常稱為剪式千斤頂振動(dòng)阻尼系統(tǒng)。肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)的所有所述類型可以提供較好的阻尼?？商娲慕鉀Q方案之間的選擇取決于例如可用空間、需要的阻尼量等。在本發(fā)明的方面中，所述振動(dòng)阻尼系統(tǒng)中的至少一個(gè)的所述支架元件在其第一端部處鉸接地安裝。在其它實(shí)施例中，支架元件可以在其第一端部處被焊接或者以其它方式“被剛性地固定”。鉸接地安裝支架的優(yōu)點(diǎn)在于可以減小在支架連接到風(fēng)力渦輪機(jī)塔的位置處的疲勞損傷。在某些實(shí)施例中，所述支架元件借助球面軸承元件在其第一端部處鉸接地安裝。任選的粘彈性的接頭可以進(jìn)一步幫助將載荷轉(zhuǎn)移到結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的另一方面中，所述至少一個(gè)振動(dòng)阻尼系統(tǒng)的所述支架元件在其第二端部處鉸接地連接。在其第二端部處設(shè)置鉸接連接，則會(huì)進(jìn)一步減小疲勞損傷。然而，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，能夠有可替代的構(gòu)造支架元件可以例如被焊接或者螺栓接在一起。在本發(fā)明的又一個(gè)方面中，在基本定位在基本管狀的結(jié)構(gòu)的中心軸線處的區(qū)域中，多個(gè)振動(dòng)阻尼系統(tǒng)彼此聯(lián)接起來(lái)。優(yōu)選地，所述多個(gè)振動(dòng)阻尼系統(tǒng)通過(guò)摩擦鐘擺軸承系統(tǒng)聯(lián)接起來(lái)。摩擦鐘擺軸承系統(tǒng)基本隔離開(kāi)在阻尼系統(tǒng)中產(chǎn)生的振動(dòng)，以便使這些振動(dòng)在較小的程度上轉(zhuǎn)移到周圍的結(jié)構(gòu)。在根據(jù)該方面的實(shí)施例中的某些實(shí)施例中，至少三個(gè)振動(dòng)阻尼系統(tǒng)彼此聯(lián)接起來(lái)。通過(guò)徑向地設(shè)置至少三個(gè)振動(dòng)阻尼系統(tǒng)，可以適當(dāng)?shù)販p少由于非對(duì)稱的載荷(例如，轉(zhuǎn)子不平衡)所產(chǎn)生的振動(dòng)。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，至少一個(gè)振動(dòng)阻尼系統(tǒng)的阻尼器是粘性流體阻尼器。 也可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)使用任何其它的阻尼器。在某些實(shí)施例中，粘性流體阻尼器是可控的磁流變阻尼器。該特征允許改變粘性流體的阻尼系統(tǒng)以將阻尼特性調(diào)節(jié)成改變的條件?？梢允褂玫钠渌枘崞魇抢珉娏髯冏枘崞?、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量阻尼器或者固體摩擦阻尼器。在本發(fā)明的又一個(gè)方面中，風(fēng)力渦輪機(jī)塔的基本管狀的結(jié)構(gòu)包括多個(gè)基本管狀的分段，該塔還包括中間結(jié)構(gòu)，在所述中間結(jié)構(gòu)處兩個(gè)分段連結(jié)起來(lái)，所述至少阻尼系統(tǒng)的至少一個(gè)支架元件被支撐在所述中間結(jié)構(gòu)處。風(fēng)力渦輪機(jī)塔可以是較高的。由于多種原因 (例如，運(yùn)輸，制造)，許多風(fēng)力渦輪機(jī)塔現(xiàn)在包括多種分段，所述多種分段在其端部處連結(jié)起來(lái)。為了將適當(dāng)?shù)妮d荷從一個(gè)分段轉(zhuǎn)移到另一個(gè)分段，通常某一形式的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)置成將兩個(gè)分段連結(jié)在一起?？梢杂欣氖菍⒆枘嵯到y(tǒng)的支架元件中的一個(gè)安裝在所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)處。這樣，可以避免塔中其它的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的方面中，其中塔包括多種分段，所述基本管狀的分段中的至少兩個(gè)包括至少一個(gè)振動(dòng)阻尼系統(tǒng)。沿著塔的高度，阻尼要求會(huì)改變?？梢圆捎貌煌瑪?shù)量的和不同種類的振動(dòng)阻尼系統(tǒng)以適應(yīng)單獨(dú)的塔的需要。在另一方面中，本發(fā)明提供一種使用一個(gè)或多個(gè)肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)衰減風(fēng)力渦輪機(jī)塔中的振動(dòng)的方法。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，肘節(jié)支架阻尼系統(tǒng)可以被主動(dòng)地或者半主動(dòng)地控制以衰減不同的振動(dòng)模式。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，肘節(jié)支架阻尼系統(tǒng)是被動(dòng)的。優(yōu)選地，如果阻尼系統(tǒng)是被動(dòng)的，則肘節(jié)支架阻尼系統(tǒng)布置成使得尤其風(fēng)力渦輪機(jī)的(Ist前后和Ist左右)第一阻尼模式被有效地衰減。在本發(fā)明的另一方面中，提供一種阻尼系統(tǒng)的混合控制 多個(gè)阻尼系統(tǒng)可以包括純被動(dòng)的阻尼器，并且至少一個(gè)阻尼系統(tǒng)可以被積極地控制；在正常操作期間，阻尼系統(tǒng)是純被動(dòng)的，但是在驟加載荷時(shí)(所述載荷超過(guò)某一閾值)，主動(dòng)的阻尼器被激活以立刻抑制不期望的載荷。在另一方面中，本發(fā)明提供肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)用于衰減風(fēng)力渦輪機(jī)中的振動(dòng)的用途。在某些實(shí)施例中，可以使用多個(gè)肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)。在這些實(shí)施例中的某些實(shí)施例中，至少一個(gè)肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)可以用于衰減第一振動(dòng)模式，而至少一個(gè)其它的振動(dòng)阻尼系統(tǒng)用于衰減另一種振動(dòng)模式。還預(yù)見(jiàn)到至少一個(gè)肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)可以用于衰減第一塔分段中的振動(dòng)，并且至少一個(gè)其它的振動(dòng)阻尼系統(tǒng)可以用于衰減另一個(gè)塔分段中的振動(dòng)。


以下將參照附圖僅以非限制性的示例的方式說(shuō)明本發(fā)明的特定實(shí)施例，其中圖1示出風(fēng)力渦輪機(jī)塔結(jié)構(gòu)的局部位移與由此引起的阻尼器沿著其縱向軸線的位移之間的關(guān)系，圖Ic至If是本發(fā)明的可能的實(shí)施例；圖加至2d將用于示出在本發(fā)明的某些實(shí)施例中的風(fēng)力渦輪機(jī)塔的局部位移與由此引起的阻尼器沿著其縱向軸線的位移之間的數(shù)學(xué)關(guān)系；圖3a至3f示出根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)塔的實(shí)施例；圖如至4d示出根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)塔的另一個(gè)實(shí)施例；圖5示出根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)塔的又一個(gè)實(shí)施例；圖6a和6b示出根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)的又一個(gè)實(shí)施例；圖7示出其中可以有利地使用本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)塔；圖至8c示出衰減根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)塔中的振動(dòng)的某些方法；以及圖9至12使用一些等距視圖和剖視圖示出本發(fā)明的某些實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式圖加示出本發(fā)明的第一實(shí)施例，兩個(gè)下肘節(jié)支架阻尼器系統(tǒng)布置在風(fēng)力渦輪機(jī)塔的管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)。下肘節(jié)支架阻尼器系統(tǒng)包括肘節(jié)(其具有兩個(gè)支架元件)和與肘節(jié)彼此鏈接在一起的阻尼元件，阻尼元件基本布置在肘節(jié)下方。如上所述，阻尼系統(tǒng)中所產(chǎn)生的阻尼力并不直接取決于結(jié)構(gòu)的局部位移，而是取決于由該漂移所導(dǎo)致的阻尼器沿著阻尼器的軸線的相對(duì)位移。通常uD = f 'U 方程式 1在該方程式中，uD是阻尼器沿著阻尼器的軸線的相對(duì)位移，f是放大系數(shù)，并且U 是沿著風(fēng)力渦輪機(jī)塔的局部位移。類似地，由阻尼器施加在結(jié)構(gòu)上的力(F)與沿著阻尼器的軸線的力(ig成比例，倍數(shù)為同一個(gè)放大系數(shù)f :F = f · 方程式2圖加中所示的肘節(jié)支架阻尼器構(gòu)造的放大系數(shù)可以通過(guò)以下方程式確定，即 ,‘ sin θ. sin (θ +θ·)= -’ 、■‘ ■方程式 3
co.s((l: +(.).; J將注意到，在假定有較小的變形并且沒(méi)有考慮到支架的軸向彈性的情況下推導(dǎo)出放大系數(shù)。為了更加詳細(xì)地推導(dǎo)出放大系數(shù)，讀者參照例如Constantinou，Μ. C.， Tsopelas，P.，Hammel，W.，禾口 Sigaher，Α. (2001)Toggle-brace-damper seismic energy dissipation systems, "Journal of Structural Engineering" 127 (2) :105-112] (
說(shuō)明的其余部分中稱為“Constantinou 2001”)。詳細(xì)的推導(dǎo)在本專利申請(qǐng)的范圍以外。由阻尼器所貢獻(xiàn)的側(cè)向阻尼力Ft還可以如下確定
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力渦輪機(jī)，其包括基本管狀的塔結(jié)構(gòu)和一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)阻尼系統(tǒng)，所述一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)阻尼系統(tǒng)中的至少一個(gè)包括多個(gè)支架元件和阻尼元件，所述支架元件中的一個(gè)連接到所述塔結(jié)構(gòu)，所述支架元件和阻尼元件鏈接成使得所述塔結(jié)構(gòu)的局部位移引起所述阻尼器沿著其縱向軸線的增大的位移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)阻尼系統(tǒng)中的至少一個(gè)是肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)包括阻尼元件和具有兩個(gè)支架元件的肘節(jié)，所述支架元件在其相應(yīng)的第一端部處安裝在所述風(fēng)力渦輪機(jī)塔內(nèi)并且在其相應(yīng)的第二端部處彼此連接，所述阻尼元件在其第一端部處安裝在所述風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)并且在其第二端部處連接到所述支架元件的相應(yīng)的第二端部。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)包括阻尼元件和具有兩個(gè)支架元件的肘節(jié)，所述支架元件在其相應(yīng)的第一端部處安裝在所述風(fēng)力渦輪機(jī)塔內(nèi)并且在其相應(yīng)的第二端部處彼此連接，所述阻尼元件在其第一端部處安裝在所述風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)并且在其第二端部處垂直地連接到所述支架元件中的一個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)包括阻尼元件以及第一肘節(jié)和第二肘節(jié)，每個(gè)肘節(jié)都具有兩個(gè)支架元件，所述第一肘節(jié)的所述兩個(gè)支架元件在其相應(yīng)的第一端部處安裝在所述風(fēng)力渦輪機(jī)塔內(nèi)并且在其相應(yīng)的第二端部處彼此連接，所述第二肘節(jié)的所述兩個(gè)支架元件在其相應(yīng)的第一端部處安裝在所述風(fēng)力渦輪機(jī)塔內(nèi)并且在其相應(yīng)的第二端部處彼此連接，所述阻尼元件在其第一端部處連接到所述第一肘節(jié)的支架元件的相應(yīng)的第二端部，并且在其第二端部處連接到所述第二肘節(jié)的支架元件的相應(yīng)的第二端部。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述振動(dòng)阻尼系統(tǒng)中的至少一個(gè)的所述支架元件在其第一端部處鉸接地安裝。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述支架元件在其第一端部處使用球面軸承元件鉸接地安裝。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述至少一個(gè)振動(dòng)阻尼系統(tǒng)的所述支架元件在其第二端部處鉸接地連接。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，在基本定位在所述基本管狀的結(jié)構(gòu)的中心軸線處的區(qū)域中，多個(gè)振動(dòng)阻尼系統(tǒng)彼此聯(lián)接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述多個(gè)振動(dòng)阻尼系統(tǒng)通過(guò)摩擦鐘擺軸承系統(tǒng)聯(lián)接起來(lái)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，至少三個(gè)振動(dòng)阻尼系統(tǒng)彼此聯(lián)接。
12.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述至少一個(gè)振動(dòng)阻尼系統(tǒng)的阻尼器是粘性流體阻尼器。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述粘性流體阻尼器是可控的磁流變阻尼器。
14.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述基本管狀的塔結(jié)構(gòu)包括多個(gè)基本管狀的分段，所述塔還包括中間結(jié)構(gòu)，在所述中間結(jié)構(gòu)處兩個(gè)分段連結(jié)起來(lái)，所述至少阻尼系統(tǒng)的至少一個(gè)元件被支撐在所述中間結(jié)構(gòu)處。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述基本管狀的分段中的至少兩個(gè)包括至少一個(gè)振動(dòng)阻尼系統(tǒng)。
16.使用一個(gè)或多個(gè)肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)衰減風(fēng)力渦輪機(jī)塔中的振動(dòng)的方法。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的衰減振動(dòng)的方法，包括測(cè)量風(fēng)力渦輪機(jī)中的振動(dòng)，并且改變至少一個(gè)肘節(jié)支架阻尼系統(tǒng)的阻尼器的粘性阻尼系數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的衰減振動(dòng)的方法，包括測(cè)量風(fēng)力渦輪機(jī)中的振動(dòng)，并且主動(dòng)地控制至少一個(gè)肘節(jié)支架阻尼系統(tǒng)的阻尼器。
19.肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)的用于衰減風(fēng)力渦輪機(jī)中的振動(dòng)的用途。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的用途，包括使用多個(gè)肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的用途，其中，至少一個(gè)肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)用于衰減第一振動(dòng)模式，并且至少一個(gè)其它的振動(dòng)阻尼系統(tǒng)用于衰減另一種振動(dòng)模式。
22.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的用途，其中，至少一個(gè)肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)用于衰減第一塔分段中的振動(dòng)，并且至少一個(gè)其它的振動(dòng)阻尼系統(tǒng)用于衰減另一個(gè)塔分段中的振動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力渦輪機(jī)，其包括基本管狀的塔結(jié)構(gòu)和一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)阻尼系統(tǒng)，所述一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)阻尼系統(tǒng)中的至少一個(gè)包括多個(gè)支架元件和阻尼元件，所述支架元件中的一個(gè)連接到所述塔結(jié)構(gòu)，所述支架元件和阻尼元件鏈接成使得塔結(jié)構(gòu)的局部位移增加了阻尼器沿著其縱向軸線的位移。本發(fā)明還提供一種使用一個(gè)或多個(gè)肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)衰減風(fēng)力渦輪機(jī)塔中的振動(dòng)的方法以及肘節(jié)支架振動(dòng)阻尼系統(tǒng)用于衰減風(fēng)力渦輪機(jī)中的振動(dòng)的用途。
文檔編號(hào)F03D11/04GK102498289SQ201080034384
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2010年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月6日
發(fā)明者A·羅德里格斯楚羅克迪希安 申請(qǐng)人:阿爾斯通風(fēng)力有限個(gè)人公司