一种带有调谐质量阻尼器的风机的制作方法

本发明涉及一种带有被动式调谐质量阻尼器(tunemassdamper，tmd)的风机，属于风电技术领域。

背景技术：

风机依靠巨大的叶片将空气动能转化为机械能进而带动发电机发电，其叶片在面外方向(垂直于叶片旋转平面方向)承受较大的风载荷，是风机结构发生振动的主要载荷来源。由于风机叶片在面内方向(叶片旋转平面方向)承受的风载荷较小，造成了风机基础结构具有面外振动水平远大于面内的振动特征。为保障风机结构的安全平稳运行，尤其是服役环境更加恶劣的海上风机，需要对风机结构面外方向(主振动方向)的振动进行必要的控制。

目前，安装tmd是实现对风机结构振动控制的主要手段。根据tmd的工作原理，可将其分为被动式、半主动式和主动式系统，其中被动式tmd系统因其结构简单、反应灵敏、成本低而在土木工程结构广泛应用。然而，常规被动式tmd系统很难在风机结构上应用，这是由于：(1)风机机舱内部空间狭小，难以容纳tmd的质量块，使得tmd系统无法在机舱内部安装；(2)塔筒顶部虽然具备一定的安装空间，但安装于塔顶内部的tmd无法随风机偏航转动而转动，一旦当风机叶片旋转平面跟随风向发生改变时(为了最大程度的捕获风能，具有偏航系统的风机始终会保持风机叶片旋转平面与风向垂直)，无法有效对风机主振动方向进行有效控制，且将tmd安装于塔顶内部会影响人员进入机舱内部进行检修，工程应用可行性较差。

为保证被动式tmd的振动控制方向始终于与风机叶片面外方向一致，解决安装于风机机舱内部的工程难题，本发明利用机舱内部设备的质量，设计了一种可满足风机面外方向振动控制的调谐质量阻尼器。

技术实现要素：

本发明提供一种利用风机机舱内部质量作为tmd质量块的带有调谐质量阻尼器的风机，为水平轴式风机结构的面外方向振动控制提供了一种可行的方案。本发明通过以下技术方案实现的：

一种带有调谐质量阻尼器的风机，包括叶片、轮毂、风机主轴传动系统、机舱、齿轮箱、刹车盘和发电机，其特征在于，

所述风机还包括弹簧阻尼系统和置于机舱内的撬体，弹簧阻尼系统连接在风机机舱前部与撬体之间，所述弹簧阻尼系统包括刚性连接杆、刚性连接板、螺旋弹簧和粘滞阻尼器，所述刚性连接杆一端固定于风机机舱前部，另一端通过刚性连接板与所述螺旋弹簧的一端和所述粘滞阻尼器的一端固定连接，所述螺旋弹簧和所述粘滞阻尼器的另一端与撬体相连，构成被动式调谐质量阻尼器；所述撬体的整体作为被动式调谐质量阻尼器的质量块，内置包括齿轮箱、刹车盘和发电机在内的风机机舱内部设备；

风机主轴传动系统包括主动轴和从动轴，所述主动轴与所述从动轴采用花键副或其他连接方式，使得在传递扭矩的同时，能够使所述从动轴沿所述主动轴轴向滑动；所述从动轴末端连接齿轮箱，从而将动力传递至齿轮箱内部齿轮。

优选地，所述的风机还包括用以锁紧撬体的导向锁紧梁和锁紧机构，锁紧机构固定于机舱顶部,位于导向锁紧梁上方，与导向锁紧梁配合工作，导向锁紧梁固定于撬体顶部；锁紧机构包括液压缸、活塞杆和锁紧插头，导向锁紧梁包括导向梁、刚性圆柱体和锁紧孔，导向梁关于刚性圆柱体对称布置，其长度大于撬体最大运动幅值的一半，刚性圆柱体内部开有锁紧孔，锁紧孔端部设置有利于锁紧插头顺利插入的倒角，液压缸用于在需要锁紧时驱动活塞杆伸长，使得锁紧插头插入锁紧孔。

在风机机舱内部底板前后两端设有轴向限位器，所述轴向限位器由轴向限位挡板和粘滞碰撞层组成，所述轴向限位挡板用于限制撬体发生大幅度滑动；所述粘滞碰撞层可以吸收所述撬体撞击所述轴向限位挡板的能量，起到保护所述轴向限位器和增加耗能的作用。

在风机机舱内设有侧向限位器，所述侧向限位器布置于所述撬体两侧。

所述撬体底部设置有滚轮和制动机构，风机机舱内部底板上沿风机水平轴向设有导轨，所述滚轮与所述导轨构成导轨副，从而实现撬体沿风机水平轴向自由运动；所述制动机构用于锁紧滚轮，控制滚轮不发生滚动。

本发明由于采用以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明利用风机机舱内部设备作为tmd的质量块，解决了常规tmd需要占用机舱超大空间的难题，具有极佳的工程可行性；2、本发明无需额外配置tmd质量块，大大降低了tmd的制造成本；3、本发明将机舱内部设备进行撬装，使得机舱内部设备的布置更加整齐合理，方便整体吊装与运输，更有利于tmd的快速安装；4、本发明的tmd布置于机舱内部，不受风机偏航的影响，能够保证tmd运动方向始终与风机面外振动方向一致，从而对风机面外振动方向的振动控制达到最佳效果。5、本发明结构简单，造价低，tmd工作的锁紧与启停简单可靠，工程应用前景良好。

附图说明

图1是本发明的带有调谐质量阻尼器的风机的正视图；

图2是本发明a-a截面左视图；

图3是本发明b-b截面俯视图；

图中标号说明：1为弹簧阻尼系统；11为刚性连接杆；12刚性连接板；13为螺旋弹簧；14为粘滞阻尼器；2为主轴传动系统；21为主动轴；22为从动轴；3为轴向限位器；31为轴向限位挡板；32为粘滞碰撞层；4为导轨；5为撬体；51为滚轮；52为制动机构；6为侧向限位器；7为锁紧系统；71为液压缸；72为活塞杆；73为锁紧插头；74为导向锁紧梁；741为导向梁；742为刚性圆柱体；743为锁紧孔。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明采用的调谐质量阻尼器主要包括弹簧阻尼系统1；刚性连接杆11；刚性连接板12；螺旋弹簧13；粘滞阻尼器14；主轴传动系统2；主动轴21；从动轴22；轴向限位器3；轴向限位挡板31；粘滞碰撞层32；导轨4；撬体5；滚轮51；制动机构52；侧向限位器6；锁紧系统7；液压缸71；活塞杆72；锁紧插头73；导向锁紧梁74；为导向梁741；刚性圆柱体742；锁紧孔743。

如图1所示，本发明的tmd主体部分由弹簧阻尼系统1和撬体5组成，弹簧阻尼系统1安装在风机机舱前部(靠近轮毂的一端)内壁上，由刚性连接杆11、刚性连接板12、螺旋弹簧13和粘滞阻尼器14组成，刚性连接杆11一端固定于风机机舱前部内壁上，另一端通过刚性连接板12固定螺旋弹簧13和所述粘滞阻尼器14，螺旋弹簧13和粘滞阻尼器14另一端与撬体5相连，从而构成被动式tmd系统，当风机塔筒结构在面外方向发生振动时，本发明所构成的tmd系统通过撬体5的反向运动产生的惯性力和粘滞阻尼器14的阻尼力实现对风机结构面外方向振动的缓解和能量耗散。

如图1所示，本发明的撬体5将机舱内部的齿轮箱、刹车盘、发电机等设备撬装成整体，作为tmd的质量块，充分利用了机舱内部空间，节省了额外配置tmd的质量块以及相应的安装空间需求。具体设计时，根据撬体5的质量，基于被动式tmd设计理论，匹配最佳的螺旋弹簧13和粘滞阻尼器14的参数，以达到最优的振动控制效果。

如图1所示，本发明的风机主轴传动系统2由主动轴21和从动轴22组成，主动轴21内部轴向开有键槽，从动轴22外面设有花键，主动轴21与从动轴22采用间隙配合，形成花键副连接，实现在传递轮毂转动扭矩的同时，能够允许从动轴22沿主动轴21的键槽滑动，从动轴22末端连接齿轮箱，将动力传递给齿轮箱，从而保证了风机的正常发电和tmd的相对运动。

如图1所示，本发明的撬体5底部安装滚轮51和制动机构52，风机机舱内部底板上沿风机水平轴向设有导轨4，滚轮51与导轨4构成导轨副，从而实现撬体沿风机水平轴向的自由运动，当撬体5需要停止运动时，可以通过控制信号控制制动机构52锁紧滚轮51，控制滚轮51不发生滚动。

如图1所示，本发明在风机机舱内部底板前后两端设有轴向限位器3，轴向限位器3由轴向限位挡板31和粘滞碰撞层32组成，轴向限位挡板31可以限制撬体5发生大幅度滑动，避免从动轴22与主动轴21脱离，造成风机轮毂动力输入的失效；且可以防止撬体5与机舱内部其他辅助设备和结构发生碰撞，避免发生事故；粘滞碰撞层32的增设可以吸收撬体5撞击轴向限位挡板31的能量，起到保护轴向限位器31和增加耗能的作用。

如图2所示，本发明在风机机舱顶部中段设有侧向限位器6，侧向限位器6布置于撬体5的两侧，可以限制撬体5因风机面内振动引起的小幅晃动，防止撬体5发生脱轨而影响tmd的正常运行。

如图1所示，本发明在风机机舱顶部设有锁紧机构7，锁紧机构7由液压缸71、活塞杆72和锁紧插头73组成，锁紧机构7与安装于撬体5顶部的导向锁紧梁74配合工作，可以实现对tmd撬体的锁紧。

如图3所示，导向锁紧梁74由导向梁741、刚性圆柱体742和锁紧孔743组成，导向梁741关于刚性圆柱体742对称布置，其长度大于撬体5最大运动幅值的一半，刚性圆柱体742内部开有锁紧孔743，锁紧孔743端部进行倒角，以利于锁紧插头73顺利插入。工程应用安装时，确保撬体5处于静平衡位置时，锁紧孔743与锁紧插头73能够完全对中。

当风机遭遇极端工况或停机检修需要tmd停止工作时，通过控制信号控制液压缸71驱动活塞杆72伸长，使得锁紧插头73轻微碰触导向梁741，待撬体5滑动至锁紧插头73与锁紧孔743对中时，液压缸71继续驱动活塞杆72伸长，直至锁紧插头73插入锁紧孔743底部，通过进一步增加液压缸71的压力，实现将撬体5锁紧在静平衡位置；撬体5停止运动后，可通过控制信号，触发制动机构52制动，从而锁死滚轮51，进一步锁牢撬体5，实现在tmd系统的固定。

当风机重新正常运行需要tmd介入对其振动进行控制时，通过控制信号控制锁紧机构7收起活塞杆72，锁紧插头73从锁紧孔743内拔出，制动机构52释放滚轮51，撬体5重新在惯性力和弹簧恢复力作用下做往复运动，从而实现对风机面外方向振动的控制。

通过以上方案，安装本发明所提供的被动式tmd，不受风机偏航影响，能够显著缓解风机主振动方向的振动水平，降低风机结构的疲劳损伤，从而大大提高风机结构服役的安全性和可靠性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。