结构的振动衰减的制作方法

1.本发明涉及一种用于对结构的振动进行衰减的方法，该结构包括风力涡轮机塔架以及布置在风力涡轮机塔架上的机舱。特别地，本发明涉及一种用于对处于选定频率范围内的振动进行衰减的方法。


背景技术：

2.在风力涡轮机的构造阶段期间，由于由涡流引起的振动，稳定风可导致其上布置有机舱的风力涡轮机塔架以基频模式振动。这种由涡流引起的振动是非常不希望的，因为它们可能损坏和/或缩短风力涡轮机塔架和/或布置在其上的机舱的寿命。
3.因此，需要一种可以在风力涡轮机的构造由于某些原因而不能完成的时间段内应用的衰减装置和相关联的方法。
4.因此，本发明的实施方式的目的是提供一种用于对包括风力涡轮机塔架和布置在其上的机舱的结构的振动进行衰减的方法。


技术实现要素：

5.通过在第一方面提供一种结构而实现了上述目的，该结构包括风力涡轮机塔架、布置在风力涡轮机塔架上的机舱以及附接至机舱的振动衰减器，该振动衰减器用于使组合的风力涡轮机塔架和机舱的处于选定频率范围内的振动衰减，其中，振动衰减器在操作上连接至机舱的主轴。
6.因此，本发明在第一方面涉及一种呈以下结构的形式的部分组装的风力涡轮机，该结构包括风力涡轮机塔架以及布置在风力涡轮机塔架上的机舱。此外，提供了一种振动衰减器，其用于衰减这种结构的不期望的由涡流引起的振动，因为这样的由涡流引起的振动可能会潜在地损坏并且由此缩短结构的寿命。
7.在本发明的实施方式中，振动衰减器可选自摆式衰减器、摩擦衰减器、磁衰减器或上述类型的振动衰减器的组合。
8.在本发明的实施方式中，振动衰减器可以是被动衰减器。在这种实施方式中，衰减器频率在使用过程中可以是基本上恒定的。可以在安装振动衰减器之前或者在安装之后不久调节衰减器频率。
9.在本发明的实施方式中，振动衰减器可以是可主动调节的被动衰减器。
10.可以基于来自位于振动衰减器中或者与结构相关联的加速度传感器的反馈在操作期间主动地调节衰减器频率。据此，实现了振动衰减器可以在没有用户输入的情况下自主地操作以适应特定结构的频率。
11.振动衰减器可以不被认为是永久安装的，这是因为振动衰减器仅在风力涡轮机的构造由于某些原因而不能完成的时间段内被安装。因此，振动衰减器的安装可被认为是临时安装。
12.如上所述，振动衰减器在操作上连接至机舱的主轴。术语“在操作上连接”应当被
理解为意味着主轴直接或间接地承载振动衰减器的重量。如从以下讨论中将变得清楚的是，由于各种原因，这是有利的，包括：主轴已经被定尺寸为处理重的负载并且主轴就在操作上将振动衰减器连接至其而言是容易触及的。
13.在没有轮毂被固定至机舱的主轴的情况下，振动衰减器可被直接固定至主轴。用语“直接”在此应当被认为是指振动衰减器可以经由适配器以及该振动衰减器上的附接装置固定至主轴。在有轮毂被固定至主轴的情况下，振动衰减器可被固定至轮毂。例如，振动衰减器可被固定至轮毂的叶片轴承。
14.在可俯仰叶片的情况下，叶片轴承可以是俯仰轴承。
15.此外，上述目的通过在第二方面提供一种结构来实现，该结构包括风力涡轮机塔架和布置在风力涡轮机塔上的机舱、以及附接至机舱的振动衰减器，该振动衰减器用于对组合的风力涡轮机塔架和机舱的处于选定频率范围内的振动进行衰减，其中，振动衰减器经由机舱运输接口附接至机舱。
16.机舱运输接口可包括至少一个硬点(hard point)。硬点可被构造成在运输期间将机舱固定在各种运输船或运输车辆上。所述至少一个硬点可以是机舱结构的一部分并且因此能够将负载传递到机舱结构。振动衰减器和机舱运输接口可包括协同操作的附接装置。
17.如上所述，具有设置在其上的机舱的风力涡轮机塔架可由于由涡流引起的振动而以基频模式振动。基频模式以及由此选定频率范围可在0.05hz至0.50hz之间，诸如在0.05hz至0.40hz之间，诸如在0.05hz至0.30hz之间，诸如在0.05hz至0.25hz之间。
18.振动衰减器可包括被构造成沿多个衰减方向提供衰减的多方向振动衰减器。如果振动衰减器包括多方向振动衰减器，则振动衰减器可以作为独立设备操作，即，不需要另外的设备。
19.可替代地，振动衰减器可包括被构造成沿着单个衰减方向提供衰减的单方向振动衰减器。在振动衰减器包括单方向振动衰减器的情况下，可以进一步提供被构造成使所述机舱旋转的装置，该被构造成使所述机舱旋转的装置使机舱旋转以便使结构的振动与单方向振动衰减器的单个衰减方向对准。被构造成使机舱旋转的装置可包括驱动单元和控制器，该控制器被构造成使结构的振动与单方向振动衰减器的单个衰减方向实时自动对准。驱动单元可包括可控马达，并且控制器可以执行合适的控制算法，该控制算法使振动衰减器的衰减方向与所述风力涡轮机塔架/机舱结构的振动方向自动对准。控制算法可以应用各种输入参数，例如来自加速度计的输入。
20.在第三方面，本发明涉及一种用于对结构的选定频率范围的振动进行衰减的方法，该结构包括风力涡轮机塔架以及布置在风力涡轮机塔架上的机舱，该方法包括以下步骤：通过将振动衰减器在操作上连接至机舱的主轴来将该振动衰减器临时附接至机舱。
21.再次，用语“在操作上连接”应当被认为是指主轴直接或间接地承载振动衰减器的重量。
22.将振动衰减器附接至机舱的步骤可包括将振动衰减器直接固定至主轴的步骤。用语“直接”在此应理解为按照第一方面那样进行处理。
23.结构可以进一步包括固定至主轴的轮毂。在这种情况下，将振动衰减器附接至机舱的步骤可包括将振动衰减器固定至轮毂的步骤。
24.特别地，振动衰减器可被固定至轮毂的叶片轴承。如已经提到的，有利的是将振动
衰减器直接固定至主轴或轮毂，这是因为它们已经被定尺寸为处理重的负载并且是容易触及的。
25.待衰减的基频模式且因此选定频率范围可在0.05hz至0.50hz之间，诸如在0.05hz至0.40hz之间，诸如在0.05hz至0.30hz之间，诸如在0.05hz至0.25hz之间。
26.在第四方面，本发明涉及一种用于对结构的选定频率范围的振动进行衰减的方法，该结构包括风力涡轮机塔架以及布置在风力涡轮机塔架上的机舱，该方法包括以下步骤：经由机舱运输接口将振动衰减器临时附接至机舱。
27.如关于第二方面所讨论的，机舱运输接口可包括至少一个硬点。所述至少一个硬点可被构造成在运输期间将机舱固定至各种运输船或运输车辆。所述至少一个硬点可以是机舱结构的一部分并且因此能够将负载传递到机舱结构。振动衰减器和机舱运输接口包括协同操作的附接装置。
28.振动衰减器可包括被构造成沿多个衰减方向提供衰减的多方向振动衰减器，或者振动衰减器可包括被构造成沿单个衰减方向提供衰减的单方向振动衰减器。
29.在振动衰减器包括单方向振动衰减器的情况下，该方法可以进一步包括使机舱旋转以便使结构的振动与单方向振动衰减器的单个衰减方向对准的步骤。使机舱旋转以便使结构的振动与单方向振动衰减器的单个衰减方向对准的步骤可以是自动且实时地执行的。用于执行这种对准的合适的控制算法可以应用不同输入参数，例如来自加速度计的输入。
30.在第五方面，本发明涉及一种构造风力涡轮机的方法，该风力涡轮机包括风力涡轮机塔架以及布置在风力涡轮机塔架上的机舱。机舱包括主轴、固定至主轴的轮毂以及固定至轮毂的一组旋翼叶片。所述方法包括以下步骤：部分地组装包括风力涡轮机塔架和布置在所述风力涡轮机塔架上的机舱的风力涡轮机并将主轴组装至机舱，在风力涡轮机的构造由于某些原因而不能完成的时间段内将振动衰减器安装在机舱上，移除振动衰减器，以及完成风力涡轮机的构造。
31.在一个实施方式中，振动衰减器被暂时固定至轮毂，或固定至机舱的主轴，或固定至机舱运输接口。
32.一般而言，本发明的各个方面可以在本发明的范围内以任何可能的方式组合和耦合。参考下文所述的实施方式，本发明的这些和其他方面、特征和/或优点将变得显而易见并得以阐明。
附图说明
33.现在将参考附图更详细地解释本发明，其中：
34.图1示出了组装好的风力涡轮机，
35.图2示出了风力涡轮机塔架和布置在风力涡轮机塔架上的机舱，
36.图3示出了固定至轮毂的叶片轴承的振动衰减器，
37.图4示出了固定至主轴的振动衰减器，以及
38.图5示出了经由机舱运输接口附接至机舱的振动衰减器。
39.虽然本发明易受不同修改和替代形式的影响，但是具体实施方式已经通过附图中的实例示出并且将在本文中详细描述。然而，应当理解，本发明并不旨在限于所公开的特定形式。相反，本发明将覆盖落入由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、
等同物和替代物。
具体实施方式
40.在一般方面中，本发明涉及一种用于对包括风力涡轮机塔架和布置在风力涡轮机塔架上的机舱的结构的由涡流引起的振动进行衰减的方法。更具体地，提供了一种用于对这种结构的处于选定频率范围内的由涡流引起的振动进行衰减的方法。选定频率范围至少包括结构的基频模式，该基频模式典型地在0.05hz至0.25hz的范围内。
41.为了抵消不希望的由涡流引起的振动，将振动衰减器附接至机舱。振动衰减器可以通过经由机舱的主轴将振动衰减器在操作上连接至机舱或者通过经由机舱运输接口将振动衰减器附接至机舱而被附接至机舱。
42.振动衰减器可以通过暂时将振动衰减器直接固定至主轴或者通过暂时将振动衰减器固定至轮毂(诸如，固定至轮毂的叶片轴承)而在操作上连接至机舱。
43.可替代地，衰减器可以通过协同操作的附接装置经由机舱运输接口中的至少一个硬点临时地附接至机舱。
44.现在参考图1，描绘了包括风力涡轮机塔架101和布置在风力涡轮机塔架上的机舱102的风力涡轮机100。此外，一组旋翼叶片103被固定至轮毂104，该轮毂被固定至机舱102的主轴(未示出)。主轴在操作上连接至将机械能转换成电能的发电机(未示出)。
45.如已经解决的，由于由涡流引起的振动，稳定风可能会使其上布置有机舱的风力涡轮机塔架以基频模式振动。基频模式通常在0.05hz至0.25hz的范围内。如将在下文中进一步详细讨论的，在风力涡轮机的构造由于某些原因而不能完成的时间段内，可通过临时安装振动衰减器(可能与自动偏航装置组合)来抵消由涡流引起的振动的影响。
46.图2示出了呈包括风力涡轮机塔架201和布置在风力涡轮机塔架上的机舱202的结构的形式的部分组装的风力涡轮机200。此外，轮毂203被固定至机舱202的主轴(未示出)。然而，那些旋翼叶片尚未被固定至轮毂203。如曲线205和箭头206所示，并且如上所述，包括风力涡轮机塔架201和布置在风力涡轮机塔架上的机舱202的结构由于由涡流引起的振动而趋于以0.05hz和0.25hz之间的基频模式振动。由涡流引起的振动可能会使包括风力涡轮机塔架201和机舱202的结构远离基线204显著的距离。
47.为了减轻由涡流引起的振动的影响，在风力涡轮机的构造由于某些原因而不能完成的时间段内安装振动衰减器。就实现方式而言，本发明的基本思想是在轮毂203尚未被固定至机舱202或机舱运输接口的情况下将振动衰减器暂时固定至轮毂203或固定至机舱202的主轴，参考图5。
48.振动衰减器可在轮毂被固定至主轴之前或之后固定至轮毂。通常，在机舱已被布置在风力涡轮机塔架的顶部上之后，将轮毂固定至主轴。类似地，可以在已经将机舱布置在风力涡轮机塔架的顶部上之前或之后将振动衰减器固定至主轴。
49.振动衰减器可以是能够在多个方向上提供衰减的多方向振动衰减器。可替代地，振动衰减器可以是能够在单个方向上提供衰减的单方向振动衰减器。振动衰减器的衰减机制可以依赖于多种衰减机制，包括磁衰减、摩擦衰减和常规的质量/弹簧系统。
50.在振动衰减器是多方向振动衰减器的情况下，振动衰减器可以作为独立设备操作，即，不需要另外的设备。在振动衰减器是单方向振动衰减器的情况下，可应用自动偏航
装置，以使机舱偏航，使得振动衰减器的衰减轴线自动变得与包括风力涡轮机塔架和机舱的结构的振动轴线对准。用于自动将振动衰减器的衰减轴线与所述风力涡轮机塔架/机舱结构的振动轴线对准的合适的控制算法可以是基于多种输入参数的，如来自加速度计的输入。
51.现在参考图3，示出了经由合适的适配器305、307固定至轮毂303的振动衰减器306。如图3所示，适配器305、307被固定至轮毂303的三个叶片轴承中的一个。具有相关联的贯通开口304的这些叶片轴承各自被确定尺寸为使得它们能够处理紧固至其的旋翼叶片的负载。
52.轮毂303被固定至机舱302的主轴(未示出)，该机舱被布置在风力涡轮机塔架301的顶部上。如图3所示，轮毂303被布置在角位置处，使得振动衰减器306至少与机舱302的宽度对称对齐。振动衰减器306可以是上面公开的类型，即，多方向振动衰减器或单方向振动衰减器。
53.在振动衰减器306是单方向振动衰减器的情况下，可以应用自动偏航装置来使机舱302偏航，以便使振动衰减器306的衰减轴线与风力涡轮机塔架/机舱结构的振动轴线对准。
54.现在转到图4，描绘了固定至机舱402的主轴404的振动衰减器403。机舱402被布置在风力涡轮机塔架401的顶部上。再次，振动衰减器403可以是以上公开的类型，并且在振动衰减器403是单方向振动衰减器的情况下，可以应用自动偏航装置来使机舱402偏航，以便使振动衰减器403的衰减轴线与风力涡轮机塔架/机舱结构的振动轴线对准。
55.现在参考图5，振动衰减器505经由机舱运输接口504固定至机舱502。如图5所示，机舱502被布置在风力涡轮机塔架501的顶部上。轮毂503可以任选地固定至机舱502的主轴(未示出)。振动衰减器505可以是以上公开的类型，并且在振动衰减器505是单方向振动衰减器的情况下，可以应用自动偏航装置以使机舱502偏航，以便使振动衰减器505的衰减轴线与风力涡轮机塔架/机舱结构的振动轴线对准。在图5中，振动衰减器505被固定至布置在机舱502的前端附近的机舱运输接口504。可替代地，并且如图5中的虚线所示，振动衰减器507可固定至被布置在机舱502的后端附近的机舱运输接口506。
56.机舱运输接口504、506可以各自包括至少一个硬点。硬点被构造成在运输期间将机舱502固定在各种运输船或运输车辆上。所述至少一个硬点可以是机舱结构的一部分并且因此能够将负载传递到机舱结构。振动衰减器505和机舱运输接口504可包括协同操作的附接装置。