抑振系统、塔架、风力发电机组及止回装置

技术领域

本发明涉及风电技术领域，特别是涉及一种抑振系统、塔架、风力发电机组及止回装置。

背景技术

抑振系统能够用于工作环境具有外界激励源的待抑振装置，以吸收待抑振装置在外界激励源作用下产生的动能，进而防止装置振动。抑制系统可以用于不同的领域，例如风电技术领域，风力发电机组是一种将风能转换为电能的绿色能源设备，风力发电机组遍布于地球上的大部分环境区域，可大致分为陆上风力发电机组和海上风力发电机组，无论是陆上风力发电机组还是海上风力发电机组，其机组在运行时均需要设置抑振系统，用于吸收及耗散风力发电机组其他部件如塔架、机舱、发电机以及叶轮等重型部件在外界激励源作用下产生的动能，进而抑制上述重型部件产生振动。

已有的抑振系统，因其结构设计缺陷，导致其在用于风力发电机组等需要抑振的装置时，为了避免其摆动部件与机组的其他部件之间产生碰撞损伤，需求对其摆动部件的运动幅度进行限制，常规的限制方式将对机组的其他部件如塔架、机舱等产生很大的冲击，给风力发电机组的安全运行带来隐患。

发明内容

本发明实施例提供一种抑振系统、塔架、风力发电机组及止回装置，抑振系统能够吸收待抑振装置的动能，避免其振动，且对待抑振装置的冲击力小，能够保证其安全稳定运行。

一方面，根据本发明实施例提出了一种抑振系统，用于待抑振装置，待抑振装置具有间隔分布的悬挂安装部以及止回安装部，抑振系统包括：阻尼组件，包括摆动部件、调谐部件以及阻尼部件，摆动部件摆动连接于悬挂安装部，止回安装部位于摆动部件的摆动路径上，调谐部件以及阻尼部件均连接于摆动部件与待抑振装置之间；止回装置，设置于摆动部件与止回安装部之间，止回装置包括罩壳以及填充于罩壳内部的填充物，罩壳与摆动部件以及止回安装部的一者连接并与另一者之间形成有间隔，填充物用于吸收摆动部件的动能。

根据本发明实施例的一个方面，填充物包括多孔材料体以及具有粘度的吸振液，多孔材料体的内部具有孔隙，部分孔隙内填充有吸振液。

根据本发明实施例的一个方面，吸振液包括硅油、液压油中的一者。

根据本发明实施例的一个方面，罩壳整体呈环状结构体，罩壳围绕摆动部件设置，罩壳内部具有环形内腔，填充物设置于环形内腔。

根据本发明实施例的一个方面，多孔材料体的数量为多个且沿罩壳的周向分布，各多孔材料体的孔隙内分别填充有吸振液。

根据本发明实施例的一个方面，每个多孔材料体呈弧状体，多个多孔材料体在周向上相继设置，相邻两个多孔材料体相互对接。

根据本发明实施例的一个方面，每个多孔材料体呈柱状体，多个多孔材料体在周向上间隔分布。

根据本发明实施例的一个方面，至少一个多孔材料体在罩壳内的位置沿周向可调。

根据本发明实施例的一个方面，抑振系统还包括检测器以及控制器，止回装置还包括驱动器，驱动器与多孔材料体连接并能够驱动多孔材料体沿周向移动，检测器用于检测待抑振装置的振动信息，控制器根据振动信息控制驱动器，以使多孔材料体移动至罩壳的预定位置。

根据本发明实施例的一个方面，摆动部件包括摆动杆以及连接于摆动杆端部的质量块，摆动部件通过摆动杆与悬挂安装部转动连接，止回装置围绕质量块设置。

另一方面，根据本发明实施例提出了一种塔架，包括：筒本体，包括围合形成中空腔的筒壁、设置于中空腔并分别与筒壁连接的悬挂安装部以及止回安装部，止回安装部与悬挂安装部在筒本体的轴向上间隔分布；上述的抑振系统，摆动部件转动连接于悬挂安装部，止回安装部位于摆动部件的摆动路径上，止回装置设置于摆动部件与止回安装部之间且通过罩壳与摆动部件以及止回安装部的一者连接并与另一者之间形成有间隔，调谐部件以及阻尼部件均连接于摆动部件与筒壁之间。

又一方面，根据本发明实施例提出了一种风力发电机组，包括上述的塔架。

再一方面，根据本发明实施例提出了一种止回装置，包括：罩壳，具有内腔；填充物，填充于内腔，填充物包括多孔材料体以及具有粘度的吸振液，多孔材料体的内部具有孔隙，部分孔隙内填充有吸振液。

根据本发明实施例提供的抑振系统、塔架、风力发电机组及止回装置，抑振系统包括阻尼组件以及止回装置，其阻尼组件的摆动部件、阻尼部件以及调谐部件能够配合作用，以将待抑振装置的动能进行吸收并转换为摆动部件的摆动。止回装置的设置，能够将摆动部件的摆动幅度限制在一定的空间范围内，避免与待抑振装置的其他部件之间产生干涉，并且止回装置采用包括罩壳以及填充于所述罩壳内部的填充物的结构形式，利于与摆动部件以及止回安装部之间的连接，且能够通过填充物吸收摆动部件的动能，保证对摆动部件的限制效果，有效的减小对待抑振装置的冲击力，使其能够安全稳定运行。

附图说明

下面将参考附图来描述本发明示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1是本发明一个实施例的风力发电机组的结构示意图；

图2是本发明一个实施例的塔架的结构示意图；

图3是本发明一个实施例的抑振系统的结构示意图；

图4是本发明一个实施例的止回装置的俯视图；

图5是图4中沿A-A方向的剖视图；

图6是本发明另一个实施例的止回装置的俯视图；

图7是本发明又一个实施例的止回装置的俯视图；

图8是本发明又一个实施例的止回装置的剖视图；

图9是本发明一个实施例的抑振系统的控制流程示意图；

图10是本发明另一个实施例的塔架的结构示意图；

图11是本发明一个实施例的止回装置的使用状态图。

其中：

1-塔架；

10-抑振系统；

11-阻尼组件；111-摆动部件；111a-摆动杆；111b-质量块；112-调谐部件；113-阻尼部件；

12-止回装置；121-罩壳；121a-内环；121b-外环；121c-封盖；121d-滑槽；122-填充物；122a-多孔材料体；122b-吸振液；122c-凸起；123a-驱动环；123b-驱动电机；123c-驱动轮；123d-啮合齿；

20-筒本体；21-筒壁；22-悬挂安装部；23-止回安装部；24-过渡平台；

2-机舱；3-发电机；4-叶轮；401-轮毂；402-叶片；

100-输入部分；200-处理部分；300-输出部分；

X-周向；Y-轴向；Z-径向。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本发明造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明的抑振系统、塔架、风力发电机组及止回装置的具体结构进行限定。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了更好地理解本发明，下面结合图1至图11根据本发明实施例抑振系统、塔架、风力发电机组及止回装置进行详细描述。

如图1以及图2所示，本发明实施例提供的风力发电机组，包括塔架1、机舱2、发电机3以及叶轮4。塔架1连接于风机基础，机舱2设置于塔架1的顶端，发电机3设置于机舱2。一些示例中，发电机3可以位于机舱2的外部，当然，在有些示例中，发电机3也可以位于机舱2的内部。叶轮4包括轮毂401以及连接于轮毂401上的多个叶片402。叶轮4通过轮毂401与发电机3的转子连接，进而带动转子相对定子转动，实现风力发电机组的发电需求。

无论是陆上风力发电机组还是海上风力发电机组，机组外部环境极其复杂且伴随着极度的不确定性。这些因素组成了风力电机组运行中对应的各种激励源，包括外部激励和自身激励，如外部不确定的风载荷、没有规律可循的波浪载荷、叶轮4自身的不平衡、叶轮4自身旋转等。而这些确定与不确定的激励源的输入，会引起风力发电机组运行特征的各种不确定性以及一些异常的表现，其中最为直观的响应就是风力发电机组振动。其在外部激励作用下对应前后、左右方向的振动，振动响应直接导致机组停机保护，从而会造成发电量的损失。

因此，为了抑制风力发电机组在外界激励源的作用振动并停机保护，本发明实施例提供的风力发电机组还包括抑制系统10，该抑振系统10可以设置于机舱2，当然，也可以设置于塔架1。本发明实施例将以抑振系统10设置于塔架1并作为塔架1的组成部分为例对其进行详细描述。

如图2所示，本发明实施例提供的塔架1包括筒本体20以及抑振系统10，筒本体20包括围合形成中空腔的筒壁21、设置于中空腔并分别与筒壁21连接的悬挂安装部22以及止回安装部23，止回安装部23与悬挂安装部22在筒本体20的轴向Y上间隔分布。抑振系统10设置于筒本体20的中空腔内并与止回安装部23以及悬挂安装部22连接。通过抑振系统10能够抑制塔架1在外界激励源的作用下振动，保证风力发电机组的安全运行。

如图2以及图3所示，本发明实施例提供的抑振系统10，包括阻尼组件11以及止回装置12，阻尼组件11包括摆动部件111、调谐部件112以及阻尼部件113，摆动部件111摆动连接于悬挂安装部22，止回安装部23位于摆动部件111的摆动路径上，调谐部件112以及阻尼部件113均连接于摆动部件111与筒本体20的筒壁21等其它待抑振装置之间。

如图3至图5所示，为了更好的满足对摆动部件111的止回效果，本发明实施例还提供一种新的止回装置12，止回装置12设置于摆动部件111与止回安装部23之间，止回装置12包括罩壳121以及填充于罩壳121内部的填充物122，罩壳121与摆动部件111以及止回安装部23的一者连接并与另一者之间形成有间隔，填充物122用于吸收摆动部件111的动能。

本发明实施例提供的抑振系统10，其阻尼组件11的摆动部件111、阻尼部件113以及调谐部件112能够配合作用，以将筒本体20等部件的动能进行吸收并转换为摆动部件111的摆动。止回装置12的设置，能够将摆动部件111的摆动幅度限制在一定的空间范围内，避免与筒本体20及其内部爬梯、塔架1平台等其他部件之间产生干涉，并且止回装置12采用包括罩壳121以及填充于所述罩壳121内部的填充物122的结构形式，利于与摆动部件111以及止回安装部23之间的连接，且能够通过填充物122吸收摆动部件111的动能，保证对摆动部件111的限制效果，有效的减小对待抑振装置的冲击力，使其能够安全稳定运行。

继续参阅图2至图5，作为一种可选地实施方式，本发明实施例提供的塔架1，其悬挂安装部22的外周面的形状可以与筒壁21的形状相匹配并连接于筒壁21的内壁面。可选地，止回安装部23的外周面形状可以与筒壁21的形状相匹配并连接于筒壁21的内壁面，一些可选地示例中，止回安装部23上设置有在筒本体20的轴向Y上贯通的通孔，摆动部件111至少部分位于通孔内。可选地，止回装置12位于通孔内并与摆动部件111以及止回安装部23的一者连接。一些可选地示例中，通孔的轴线可以筒壁21的轴线相重合。

在一些可选地实施例中，本发明实施例提供的抑振系统10，其摆动部件111包括摆动杆111a以及连接于摆动杆111a端部的质量块111b，摆动部件111通过摆动杆111a与悬挂安装部22转动连接，止回装置12围绕质量块111b设置。可选地，可以将质量块111b设置于止回安装部23的通孔内，止回装置12可以包围质量块111b的外周设置。

可选地，阻尼组件11的调谐部件112可以包括弹性件，示例性地，其可以包括弹簧，调谐部件112的一端可以连接于摆动部件111，另一端可以直接或者间接连接于筒壁21。

一些可选地示例中，可以将调谐部件112沿着筒本体20的轴向Y竖直放置，调谐部件112在筒本体20的轴向Y的一端可以连接于摆动部件111的质量块111b，调谐部件112的另一端可以通过过渡平台24与筒壁21连接。过渡平台24在筒本体20的轴向Y上与止回安装部23平行且间隔设置。调谐部件112采用上述布置方式，能够优化抑振系统10的抑振效果。

作为一种可选地实施方式，本发明实施例提供的抑振系统10，其阻尼组件11的阻尼部件113包括有阻尼单元，阻尼单元的数量可以根据要求设置，一些可选地实施例中，阻尼单元的数量可以为两个以上，两个以上阻尼单元在筒本体20的周向上间隔分布，每个阻尼单元的一端与质量块111b直接或者连接连接，每个阻尼单元的另一端连接于筒壁21。

作为一种可选地实施方式，本发明实施例提供的抑振系统10，其止回装置12可以连接于摆动部件111的质量块111b，当然也可以连接于止回安装部23。为了更好的理解本发明实施例，以下将以止回装置12连接于质量块111b为例进行举例说明。

本发明实施例提供的止回装置12，其填充物122包括多孔材料体122a以及具有粘度的吸振液122b，多孔材料体122a的内部具有孔隙，孔隙内填充有吸振液122b。由于多孔材料体122a具有可压缩性，在外力的作用下能够发生一定的变形，当摆动部件111带动止回装置12与止回安装部23发生碰撞时，能够有效的减小摆动部件111对止回安装部23的冲击力。由于多孔材料体122a内部的部分孔隙内填充有具有粘度的吸振液122b，当多孔材料体122a发生变形的过程中，其内部的吸振液122b由于受到剪切而发生运动，因其具有粘性，因此会在碰撞过程中耗能，从而与多孔材料体122a配合，能够极大的消耗摆动部件111在与止回安装部23之间碰撞过程中的能力，削弱冲击载荷。

作为一种可选地实施例，本发明实施例提供的止回装置12，其多孔材料体122a可以采用内部具有孔隙的橡胶材料体或者其他能够设置孔隙且在外力作用下能够产生预定变形的塑料体等。

一些可选地实施例中，吸振液122b可以包括硅油、液压油等，只要满足具有粘度且不会对多孔材料体122a产生腐蚀均可。

在一些可选地实施例中，可以在多孔材料体122a的部分孔隙内设置吸振液122b，具体可以通过填充有吸振液122b的孔隙的数量来调节止回装置12的止回性能。

作为一种可选地实施例，本发明实施例提供的止回装置12，其罩壳121整体呈环状结构体，罩壳121可以围绕摆动部件111设置，罩壳121内部具有环形内腔，填充物122设置于环形内腔。止回装置12可以通过其罩壳121面向摆动部件111的表面包围质量块111b设置并与质量块111b连接，使得摆动部件111无论向任意方向摆动，均能够通过止回部件进行止回限位，保证抑振系统10整体能够安全稳定的运行。

在一些可选地实施例中，其填充物122可以包括一整环状的多孔材料体122a，并使其填充与罩壳121的内腔中，其内部填充有吸振液122b。当然，此为一种可选地实施方式。

如图6所示，在有些实施例中，也可以使得多孔材料体122a的数量为多个且沿罩壳121的周向X分布，各多孔材料体122a的孔隙内分别填充有吸振液122b。通过限定多孔材料体122a的数量为多个并在罩壳121的周向X上依次分布，利于止回装置12的成型。并且，由于塔架1在工作的过程中，可能会导致一部分多孔材料体122a受碰撞的次数大于另一部分的多孔材料体122a，将导致受碰撞次数多的多孔材料体122a的损害概率更高。因此，止回装置12采用多个多孔材料体的结构形式时，可以便于损害严重的多孔材料体122a的更换，而无需更换所有多孔材料体122a，进而提高止回装置12的使用寿命，同时节约止回装置12的成本。

作为一种可选地实施方式，当罩壳121的环形内腔内设置的多孔材料体122a数量为多个时，每个多孔材料体122a呈弧状体，多个多孔材料体122a在周向X上相继设置，相邻两个多孔材料体122a相互对接。

可以理解的是，上述多孔材料体122a的结构形式只是一种可选地实施方式。如图7所示，在有些实施例中，也可以使得每个多孔材料体122a呈柱状体，多个多孔材料体122a在罩壳的周向X上间隔分布。通过上述设置，同样能够满足对摆动部件111的止回作用。并且多个多孔材料体122a采用间隔分布的结构形式，在满足止回作用的基础上能够减少填充物122整体的体积，节约成本。

作为一种可选地实施方式，如图5至图7所示，本发明上述各实施例提供的止回装置12，其罩壳121包括间隔设置的内环121a以及外环121b，可选地，内环121a以及外环121b同轴设置。填充物122设置于内环121a以及外环121b之间的区域。

一些可选地实施例中，多孔材料体122a可以与内环121a以及外环121b之间固定连接，可选地，多孔材料体122a与内环121a以及外环121b之间可以采用粘接等方式固定连接，当然，也可以在内环121a以及外环121b之间设置连接体，例如，可以在内环121a以及外环121b的轴向Y上的两端分别加封盖121c，使得罩壳121的环形内腔呈封闭的腔室，以保证对罩壳121与填充物122之间的连接。当在内环121a以及外环121b之间连接封盖121c时，可选地，封盖121c采用在外力作用下可变性的材料制成，例如采用橡胶等材料制成。

一些可选地实施例中，可以使得内环121a以及外环121b的至少一者在罩壳121的轴向Y上的端部设置有翻边，通过翻边支撑填充物122，以在轴向Y上对填充物122进行限位。

可以理解的是，当多孔材料体122a的数量为多个且在罩壳121的周向X上间隔分布时，多孔材料体122a不限于与内环121a以及外环121b之间固定连接，在有些实施例中，也可以使得至少一个多孔材料体122a与罩壳121之间活动连接，使得至少一个多孔材料体122a在罩壳121内的位置沿周向X可调。通过上述设置，可以根据需要调节多孔材料体122a的位置，更好的满足摆动部件111的止回需求。

如图8所示，一些可选地实施例中，可以使得罩壳121以及多孔材料体122a的一者上设置有沿罩壳121的径向Z上凸出的凸起122c，另一者上设置有滑槽121d，凸起122c与滑槽121d的形状相匹配，以满足多孔材料体122a的滑动需求。

示例性地，可以在罩壳121的内环121a以及外环121b上均设置有滑槽121d，滑槽121d可以为沿着罩壳121的周向X延伸的环形槽，在多孔材料体122a上设置有凸起122c，凸起122c插接于滑槽121d内并能够在周向X上沿着滑槽121d移动。

一些可选地实施例中，止回装置12还可以包括驱动器，通过驱动器驱动多孔材料体122a沿周向X移动。示例性地，驱动器可以包括驱动环123a以及驱动电机123b，驱动环123a可以与内环121a以及外环121b同轴设置并位于内环121a以及外环121b在轴向Y上的一端，驱动环123a的宽度小于内环121a以及外环121b之间的距离。各多孔材料体122a在罩壳121的轴向Y的一端与驱动环123a连接，驱动电机123b的输出端可以设置有驱动轮123c，驱动环123a上沿轴向Y的一侧可以设置有啮合齿123d，驱动轮123c与啮合齿123d传动配合，以带动驱动环123a转动，进而带动各多孔材料体122a相对罩壳121的内环121a以及外环121b运动，实现多孔材料体122a的位置调节。

作为一种可选地实施方式，当多孔材料体122a与罩壳121之间活动连接时，可以使得多个多孔材料体122a在罩壳121内采用非对称的布置方式，例如，初始状态下，可以仅在罩壳121的周向X上的四分之一区域内设置多孔材料体122a，在其它区域不设置多孔材料体122a，根据摆动部件111的摆动方向调节多孔材料体122a的位置即可。

如图9所示，作为一种可选地实施方式，本发明实施例提供的抑振系统10，还可以包括输入部分100、处理部分200以及输出部分300，输入部分100用于根据风向及风速信息向处理部分200提供待抑振装置如风力发电机组的振动加速度信息以及多孔材料体122a的位置信息，处理部分200用于根据振动加速度信息以及的位置信息向与多孔材料体122a配合的执行机构，如驱动器输出控制信号。而输出部分300则可以根据控制信号更新多孔材料体122a至指定位置，使得多孔材料体122a能够保证始终位于摆动部件111的摆动路径上。

作为一种可选地实施方式，输入部分100可以包括检测器，检测器用于检测待抑振装置的振动信息。可选地，检测器可以包括加速度振动传感器，其可以是待抑振装置如风力发电机组本身自带，当然也可以是外设部分，用于获取待抑振装置的振动加速度信息，以风力发电机组为例，具体可以用于获取风力发电机组振动合成加速度的大小以及方向。

可选地，检测器还可以包括位置传感器，用于检测多孔材料体122a在罩壳121的位置信息，所说的位置信息可以是多孔材料体122a的初始位置信息，也可以是初始位置调节后且预进行下一次位置调节前的位置信息，以实现多孔材料体122a的位置信息与机组的振动加速度信息之间的关联。

作为一种可选地实施方式，处理部分200可以包括控制器，控制器可以根据振动信息控制执行机构，如上述提及的驱动器，以使多孔材料体122a移动至罩壳121的预定位置，保证其位于摆动部件111的摆动路径上，实现多孔材料体122a移动的智能化控制。

可选地，控制器具体可以根据待抑振装置的振动加速度信息控制执行机构，当输入部分100能够向处理部分200提供多孔材料体122a在罩壳121中的位置信息时，控制器则可以用于根据振动加速度信息以及位置信息控制执行机构，如驱动器，以使多孔材料体122a移动至罩壳121的预定位置。

一些可选地实施例中，控制器还用于当止回碰撞结束后，控制驱动器驱动多孔材料体返回初始位置。

可以理解的是，本发明实施例提供的止回装置12，在用于抑振系统10时，均是以其与摆动部件111连接为例进行举例说明，此为一种可选地实施方式。如图10所示，在有些实施例中，也可以使得止回装置12与止回安装部23连接并与摆动部件111之间形成有间隙，该种设置方式在满足对摆动部件111的止回要求的基础上，可极大降低抑振系统10的设计难度与周期，简化不同系统之间的设计接口，实现产品设计的标准化、模块化。

可以理解的是，本发明上述各实施例提供的止回装置12，其可以用于上述各实施例提供的抑振系统10并作为抑振系统10的组成部分，当然，其也可以作为独立产品生产及销售。并且，止回装置12不限于用于上述各实施例的抑振系统10，如11所示，在有些实施例中，其也可以用于直线型整机抑振系统，均可满足止回要求。

可以理解的是，本发明实施例提供的抑振系统10，不限于用于塔架1，也可以用于对风力发电机组的其他部件如机舱2等进行抑振，并且，抑振系统10也可以用于其他领域，例如信号塔等。

本发明实施例提供的止回装置12，能够有效的满足对运动部件动能的吸收，满足对其止回效果，减小对其他部件的冲击。而相应设置的抑振系统10，因其包括上述各实施例提供的止回装置12，不仅能够满足阻尼减振效果，同时能够保证其摆动部件111的止回需求，避免对其他部件干涉，且能够降低摆动部件111对其他部件的冲击力，易于推广使用。而相应设置的塔架1以及风力发电机组，因其包括上述各实施例提供的抑振系统10，能够减小振动，且可有效的减小碰撞冲击力，从而降低整机的结构强度，实现降本需求，保证发电效益。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。