用于阻尼结构中的振荡的布置及方法与流程

本公开内容涉及用于阻尼结构中的振荡的布置(arrangement)及方法，具体用于风轮机塔架(windturbinetower)。本公开内容还涉及包括此布置的风轮机。

背景技术：

振动吸收器(vibrationabsorber)通常用于高而细的结构中来衰减振动。调谐质量阻尼器(tunedmassdamper，有时也称为调谐质块阻尼器)(也称为谐波吸收器(harmonicabsorber))是安装在塔架状结构内的装置，以减小机械振动的振幅。这些类型的吸收器用于防止或至少减少结构的不适和/或损坏。

调谐质量阻尼器可制造为摆锤结构，其包括由约束至结构(例如，塔架)的绳或臂支承的质量。质量根据摆锤的运动定律移动，类似于由弹簧约束的质量存储和释放势能，而阻尼作用通过布置在有效位置处的阻尼元件来抵消结构的振动而实现。摆锤类型的调谐质量阻尼器大体上需要结构内的大量空间，特别是用于悬挂悬置的质量，且允许围绕360度角的质量运动。

其它类型的调谐质量阻尼器也是已知的，其中质量相对于主结构不同地悬置或布置。质量弹簧阻尼器(mass-springdamper)的自然频率由弹簧常数限定，且阻尼比由阻尼元件确定，从而形成具有特定自然谐振频率的系统。在这些阻尼器中，存在局限于单个运动方向的特定/单向阻尼器(uni-directionaldamper)，例如，沿引导物，包括轨道、凹槽或导轨。

阻尼器通常用于风轮机塔架和同样其它应用中，例如，如，动力变速结构(powertransmissionstructure)、汽车、建筑物/工厂、建筑地点、以及经历机械振动的所有类别的塔架状结构。

具体而言，在操作期间，风轮机塔架可经历非期望的振动，即，沿任何方向(前后振动、侧到侧或侧向振动、纵向振动、扭转振动等)、任何振幅和任何频率(高或低、恒定或变化)的振荡或重复位移。这些振动可由不同因素引起，例如，作用在塔架上的风、沿塔架通过且局部干扰风流的叶片、从变速箱传递到塔架的振动、转子移动、机舱不平衡、从毂传递到塔架的振动、针对离岸风轮机的由波浪负载引起的振动等。

如果塔架在延长的时间段期间经历振动或振荡，则可产生疲劳损坏。疲劳损坏可导致风轮机塔架和/或其构件的寿命时间缩短。此外，存在的风险在于，当振动引起风轮机塔架中的谐振时，这可导致振动的潜在危险的提高，这继而又导致结构进出其静止位置的运动增加，这可能导致结构的潜在结构损坏。另一个复杂因素是风力涡轮机(转子、机舱、塔架等)的尺寸不断增加。

随着塔架变得更高且更软，振动的影响变得更为重要。

放置在风力涡轮机塔架内的全向阻尼器(omni-directionaldamper)可具有非常高的偏转，该偏转需要被约束以配合到结构中。例如，在风轮机塔架区段中，其已经包括其它元件，如但不限于升降机、梯子、吊装区域等。

单独使用的单向阻尼器可能无法有效地抑制随着变化的风和/或波浪条件的振动和/或振荡，因为振荡方向可能不断变化。

技术实现要素：

根据第一方面，提供了一种用于抵消结构的振荡的阻尼布置。阻尼布置包括第一调谐质量阻尼器，其具有第一质量，该第一质量构造成响应于结构的振荡沿第一位移轴线执行第一往复移动，以及包括第二调谐质量阻尼器，其具有第二质量，该第二质量构造成响应于结构的振荡沿第二位移轴线执行第二往复移动。第二质量垂直地布置成与第一质量分开。第一位移轴线和第二位移轴线相对于彼此成角布置。

根据该方面，两个单向调谐质量阻尼器设在结构内。质量阻尼器构造成沿布置成相对于彼此成角的不同的位移方向位移。这样，多种振荡方向可沿这两个明确限定的位移方向衰减，从而提供两个振荡/振动吸收路径。例如，由于变化的风和/或波浪状况在例如离岸风轮机塔架中引起的改变的振荡方向可沿每个调谐质量阻尼器的这两个位移方向分解，从而提供两个振荡和/或振动吸收路径。这增强了结构中的振动和/或振荡减小，并且提供了在各种方向上的振荡阻尼。

此外，通过将阻尼器的质量安装成彼此垂直地分开，每个质量可以清楚地执行其自身的往复移动，从而有助于提供这两个明确限定的阻尼方向。此外，由于阻尼器在此情况下是两个分开的系统，因此每个阻尼器可调谐或适应特定的谐振频率(每当方便或期望时)，从而扩大可利用基本上如上文所述的布置阻尼的振荡的振幅范围。因此，其为非常通用的阻尼布置。

另一方面，提供了一种用于阻尼结构中的振荡的方法。该方法包括提供第一调谐质量阻尼器，其具有构造成响应于结构的振荡执行沿第一位移轴线的第一往复移动的第一质量，以及将第一调谐质量阻尼器附接到结构。该方法还包括提供第二调谐质量阻尼器，其具有构造成响应于结构的振荡执行沿第二位移轴线的第二往复移动的第二质量，以及将第二调谐质量阻尼器附接到结构，该结构具有布置成相对于第一位移轴线成角的第二位移轴线。第二质量与第一质量垂直地分开。并且，该方法还包括将第一往复移动和/或第二往复移动的中心布置成具有在该处第一阻尼器和/或第二阻尼器附接的结构的高度处离结构的几何中心的预定值的水平偏移。

实施方案1.一种用于抵消结构(1)的振荡的阻尼布置(100)，所述阻尼布置(100)包括：

第一调谐质量阻尼器(110)，其具有第一质量(111)，所述第一质量(111)构造成响应于所述结构(1)的振荡执行沿第一位移轴线的第一往复移动，以及

第二调谐质量阻尼器(120)，其具有第二质量(121)，所述第二质量(121)构造成响应于所述结构(1)的振荡执行沿第二位移轴线的第二往复移动，

其特征在于，

所述第二质量(121)布置成与所述第一质量(111)垂直地分开，以及

所述第一位移轴线和所述第二位移轴线相对于彼此成角布置。

实施方案2.根据实施方案1所述的阻尼布置，其特征在于，所述第一位移轴线和所述第二位移轴线大致垂直于彼此。

实施方案3.根据实施方案1或2中任一项所述的阻尼布置，其特征在于，沿所述第二位移轴线的所述第二往复移动的中心点布置成具有相对于沿所述第一位移轴线的第一往复移动的中心点的预定值的水平偏移。

实施方案4.根据实施方案3所述的阻尼布置，其特征在于，沿所述第一位移轴线的所述第一往复移动的中心点与所述结构(1)的几何中心大致重合。

实施方案5.根据实施方案3或4中任一项所述的阻尼布置，其特征在于，所述水平偏移限定为在所述结构(1)内垂直地延伸的升降机路径(30)或吊装区域(40)的函数。

实施方案6.根据实施方案3-5中任一项所述的阻尼布置，其特征在于，所述偏移预定值达到从所述第一往复移动和/或所述第二往复移动的中心点朝所述结构的侧壁的内表面(11)的长度的2/3。

实施方案7.根据实施方案1-6中任一项所述的阻尼布置，其特征在于，所述第一调谐质量阻尼器(110)和所述第二调谐质量阻尼器(120)固定到所述结构(1)。

实施方案8.根据实施方案1-7中任一项所述的阻尼布置，其特征在于，所述第一质量(111)和所述第二质量(121)构造成沿固定到所述结构(1)的引导表面(112,122;212,222;312,322)被驱动。

实施方案9.根据实施方案8所述的阻尼布置，其特征在于，所述引导表面(112,122)是直的。

实施方案10.根据实施方案1-9中任一项所述的阻尼布置，其特征在于，所述阻尼布置还包括布置在所述第一调谐质量阻尼器(110)和所述第二调谐质量阻尼器(120)中的一个下方的下进入平台(20)，其沿所述结构的纵向长度安装在下垂直位置处，具体是具有由门或扶手封闭的安全区域的下平台。

实施方案11.根据实施方案10所述的阻尼布置，其特征在于，所述阻尼布置包括固定到所述第一调谐质量阻尼器(110)和所述第二调谐质量阻尼器(120)中的另一个的下部的另一进入平台(21)。

实施方案12.一种风轮机塔架(1;5;6)，包括多个塔架区段(12,13,14;52,53,54;62,63,64)和根据实施方案1-11中任一项所述的阻尼布置(100)，所述阻尼布置(100)设在所述塔架(1;5;6)的高度的上半部内。

实施方案13.一种用于阻尼结构中的振荡的方法，包括：

-提供第一调谐质量阻尼器，其具有第一质量，所述第一质量构造成响应于所述结构的振荡执行沿第一位移轴线的第一往复移动，

-将所述第一调谐质量阻尼器附接到所述结构；

-提供第二调谐质量阻尼器，其具有第二质量，所述第二质量构造成响应于所述结构的振荡执行沿第二位移轴线的第二往复移动，

-将所述第二调谐质量阻尼器附接到具有相对于所述第一位移轴线成角的所述第二位移轴线的所述结构，所述第二质量与所述第一质量垂直地分开，以及

其中所述第一往复移动或所述第二往复移动的中心布置成具有在其处附接有所述第一阻尼器和/或所述第二阻尼器的所述结构的高度处从所述结构的几何中心的预定值的水平偏离。

实施方案14.根据实施方案13所述的方法，其特征在于，所述第一往复移动和所述第二往复移动中的一者的中心在其处附接有所述阻尼器的所述结构的高度处大致对应于所述结构的几何中心。

实施方案15.根据实施方案13或14中任一项所述的方法，其特征在于，所述结构是塔架结构，具体是风轮机塔架。

附图说明

下文将参照附图来描述本公开内容的非限制性实例，在附图中：

图1示出了用于抵消塔架中的振荡的阻尼布置的一个实例的透视图；

图2示出了图1的实例的俯视图；

图3示出了用于抵消塔架中的振荡的阻尼布置的另一实例的透视图；

图4示出了用于抵消塔架中的振荡的阻尼布置的又一个实例的透视图；

图5示出了沿图2的线c-c的横截面视图；以及

图6示出了包括阻尼布置的风轮机塔架的各种实例。

具体实施方式

在这些附图中，相同的参考标号已经用于标示匹配的元件。

图1示出了塔架区段1的一部分的近视图，其部分透明地绘出，以便以透视方式示出布置在塔架内的阻尼布置100。阻尼布置100包括底部单向质量阻尼器110和顶部单向质量阻尼器120。

底部单向质量阻尼器110包括底部质量111，其构造成执行往复移动，例如，通过沿底部引导物112移动。顶部单向质量阻尼器120包括顶部质量121，其构造成例如通过沿顶部引导物122移动来执行往复移动。并且，顶部引导物122和底部引导物112附接到塔架的内表面11。

在图1的实例中，箭头a代表底部质量111沿底部引导物112的往复移动的方向，且箭头b代表顶部质量121沿顶部引导物122的往复移动的方向。

图2和5分别示出了图1的实例的俯视图和沿线c-c的横截面视图。如这些附图中所示，往复移动的这些方向(箭头a和b)大致相对于彼此垂直。通过这样做，并且考虑到塔架的振荡/振动的大致所有方向可沿两个垂直方向分解，那么大致如前文所述的阻尼布置可衰减由垂直往复移动提供的沿这两个明确限定的垂直方向的振动。这样，可完成例如由于塔架周围来自大约360°的变化的风力(和/或阵风)引起的振动/振荡的阻尼。这加强了阻尼布置的振动/振荡吸收能力，且提供了全向阻尼性能，而不论负载/振荡的方向。

在实例中，如图1中此外所示，往复移动的方向(箭头a和b)大致垂直于塔架1的纵轴线10。

此外，在图1中所示的实例中，顶部引导物122包括单个直导轨，且底部引导物112包括另一单个直导轨。在这些实例中，顶部质量121和底部质量111可由弹簧或其它类似的回弹性元件连接到导轨，以便表现为执行往复移动的质量弹簧阻尼器。

贯穿本说明书和权利要求，对于具有构造成沿引导表面驱动的质量的阻尼器，每个引导表面限定沿单个方向的路径，以使质量沿此方向执行往复移动。

在备选的实例中，可预见其它类型的单向调谐质量阻尼器。例如，可预见在其中质量构造成沿引导表面(包括弯曲引导表面、两个或多个导轨、轨道或凹槽)被驱动的阻尼器。

在一些实例中，进入平台可设在调谐质量阻尼器下方，该调谐质量阻尼器沿塔架结构的纵向长度布置在下垂直位置处。

如图1的实例中进一步所示，下进入平台20设在底部质量阻尼器110下方。下平台20提供至底部质量阻尼器110的维护通路。在实例中，下平台20可包括用于维持维护人员安全的安全围栏或扶手。在下平台20中，还可提供临时阶梯或临时可移动升降平台或独立平台来检查顶部质量阻尼器120。备选地，如图4中所示，另一固定平台21(具有或没有固定梯子)可附接(例如，焊接或螺栓连接或另外连结)到例如顶部引导物122的下部123，以提供至顶部阻尼器120的通路，例如，用于检查和/或校正维护。

在实例中，下平台20可为通常沿例如风轮机塔架的高度布置在不同海拔高度处的工作平台之一，其目的是允许维护人员离开升降机轿厢(elevatorcabin)并在预期或需要的地方检查或修理设备。

下平台20设有用于升降机路径(井道)30的区域，且设有吊装区域40。这些是风轮机塔架内所需的典型元件。如图2的视图中所示，例如在风轮机塔架中的吊装区域40通常设在与升降机路径30直径相对的区域/空间处。因此，大致布置在这两个区域30和40之间的底部质量阻尼器110并未妨碍沿这些区域30和40的上下移动。

在实例中，吊装区域还可设有扶手或安全围栏。在情况下，可暂时覆盖吊装区域，且/或其扶手可暂时除去来执行检查。

在一些实例中，底部质量阻尼器往复移动的中心点可布置成具有相对于顶部质量阻尼器往复移动的中心点的预定值的水平偏移。在更多实例中，顶部和底部质量阻尼器往复移动中的一个的中心点可大致与塔架结构的几何中心重合，具体是在该处阻尼器固定到塔架的高度处的塔架的水平横截面的几何中心。

如图2的视图中进一步所示，沿箭头a的底部质量阻尼器110往复移动的中心点与塔架1的几何中心(横截面中)大致重合。具体而言，在此情况下，塔架1具有圆形横截面形状，且其几何中心因此与围绕其纵轴线10的圆形横截面的几何中心重合。此外，顶部质量阻尼器120设有相对于此几何中心的水平偏移。这样，沿至少两个区域、升降机路径30和吊装区域40的上下移动不会同时由两个质量阻尼器的提供阻碍，因为其提供了两个垂直方向，沿这两个垂直方向，大致可如上文解释的那样完成作用于结构/塔架上的变化力的衰减。

在该实例中，沿箭头b的顶部质量阻尼器120往复移动的中心点布置成具有相对于沿箭头a的底部质量阻尼器110往复移动的中心点的偏移。

该偏移因此可限定为对于结构/塔架内需要的区域所需的空间的函数。换言之，偏移可限定为升降机路径和/或吊装区域和/或进入梯子和/或可设在塔架结构内的线缆/管的函数。

在实例中，如图1中进一步所示，下平台20还包括安全区域31，该安全区域31提供例如从升降机路径30(或梯子)到维护走道区域32且沿该走道区域32至例如附接到顶部阻尼器120的下部的固定平台21(见图2的视图)的通路。在这些实例中，安全区域31可由门或扶手33封闭，且在有效进入维护走道区域32之前，可允许阻尼器的性能和运动的可视化。

在实例中，安全区域还可提供控制和潜在的紧急电力馈送，以使单向阻尼器激活/去激活。

具体如图2的视图中所示，塔架1具有大致圆形的横截面形状，其具有半径(对于塔架的特定高度)。在该实例中，偏移可为该半径的一半。在更多实例中，偏移可达到半径的2/3。并且，在具有不同横截面形状的塔架结构中，偏移预定值可达到从塔架结构的横截面的几何中心(其在该实例中，与沿箭头a的底部质量吸收器往复移动的中心点大致重合)朝塔架结构的侧壁的内表面的长度的2/3。

图3示出了用于抵消塔架中的振荡的阻尼布置的另一实例的透视图。该实例的结构和操作大致与图1的实例相同。具体而言，图3中所示的实例与图1的实例的唯一差别在于，顶部引导物和底部引导物是弧形轨道形式的弧形引导导轨222和212。

图4示出了用于抵消塔架中的振荡的阻尼布置的又一实例的透视图。该实例的结构和操作也大致与图1的实例相同。具体而言，图4中所示的实例与图1的实例的差别在于，底部引导物和顶部引导物包括凸出弯曲(在从顶部看时)引导表面312,322和下支承件313,323，例如，直横梁。引导表面312,322和下支承件313,323固定到侧向支承件314,324，其可焊接或螺栓连接到塔架侧壁的内表面11。

此外，在图4的实例中，凸出弯曲引导表面是预定曲率半径的弧。在一些实例中，曲率半径可为可变化的。

在备选实例中，替代将引导物固定到结构侧壁的内表面，引导物可附接到凸缘接头，该凸缘接头连结两个连续的塔架区段。

在实例中，顶部引导物和底部引导物可例如由表面中机加工的一个或多个通道或凹槽限定。备选地，可预见两个或多个导轨、凹槽或轨道。例如，引导物可由在热膨胀、刚度、耐磨、磨损等方面具有良好机械性质的金属制成。

在所有实例中，顶部质量和底部质量可构造成沿位移轴线沿顶部引导物和底部引导物执行往复移动。可从常规的质量阻尼器中获知显示质量如何可以可位移地布置在引导物上的细节，独立于所使用的引导物的类型。

在所有实例中，质量可采用各种各样的形状和/或尺寸，且它们可制作成单个一体件(integralpiece)，或形成为放在一起的各种部分。由于单向阻尼器附接到塔架，故当塔架由于作用于其上的外力振荡时，阻尼器的质量可响应于此振荡来相对于引导物位移，从而提供阻尼效果。通过改变移动质量的形状和尺寸、其离引导物的距离和/或引导物的曲率半径，可调谐阻尼器的频率来适应激励频率的变化。

图6示出了风轮机塔架1,5,6的各种实例，包括多个塔架区段，例如，最上方塔架区段12,52,62、中间塔架区段13,53,63和最下方或底部塔架区段14,54,64、以及大致如前文所述的阻尼布置100。在塔架1和5中(左侧和中间的图)，阻尼布置100设在最上方塔架区段12,52内。具体而言，塔架1示出了设在最上方塔架区段12的顶部t处的阻尼布置100，而塔架5示出了设在最上方塔架区段52的下部l处的阻尼布置100。

在另一实例中，如针对塔架6所示，阻尼布置100设在最上方塔架区段62的下部(具体是底部)与中间塔架区段63的顶部u之间。

如图6中所示，具体在风轮机塔架的情况下，大致如前文所述的阻尼布置可置于尽可能接近风轮机塔架的顶部，因为风轮机塔架的顶部处的空间限制允许。这通过衰减塔架的第一自然频率来提供最高效率。

在一些实例中，阻尼布置可设在塔架结构的整个高度的上半部分内。

大致如前文的阻尼布置因此可在现有结构中容易地改造，具体而言，塔架结构包括附接到塔架结构的单个调谐质量阻尼器(第一单向质量阻尼器)。并且，第一质量阻尼器具有构造成响应于塔架结构的振荡沿位移轴线执行往复移动的质量。

在实例中，用于改造此塔架结构的方法可包括限定塔架结构内的一个或多个垂直区域，其构造成收纳例如升降机轿厢和/或吊装系统的垂直向上和向下的移动。一旦限定这些区域，则该方法还可包括提供第二单向调谐质量阻尼器，其具有第二质量，该第二质量构造成响应于塔架结构的振荡沿第二位移轴线执行第二往复移动。并且，将第二调谐质量阻尼器附接到塔架结构，其中第二位移轴线布置成相对于第一位移轴线成角，具体是大致90°角，同时第二质量与第一质量垂直地分离。并且，将第一往复移动和/或第二往复移动的中心布置成具有在该处阻尼器附接到结构的结构的高度处离塔架结构的几何中心的预定值的水平偏移。偏移可限定为之前限定为垂直区域的空间的函数。通过这样做，两个往复移动不会干扰收纳在塔架结构内的之前界定的垂直区域。

在一些实例中，第一位移轴线和第二位移轴线可提供成大致垂直于塔架结构的纵轴线。

在实例中，用于抵消风轮机塔架的振荡的阻尼布置可包括第一单向质量吸收器，其具有第一单向质量，该第一单向质量构造成响应于风轮机塔架结构的振荡执行沿第一位移引导物的第一往复移动，以及包括第二单向质量吸收器，其具有第二单向质量，该第二单向质量构造成响应于风轮机塔架结构的振荡执行沿第二位移引导物的第二往复移动。第二单向质量可布置成与第一单向质量垂直地分开。第一位移引导物和第二位移引导物可相对于彼此大致垂直。

本书面描述使用了实例来公开本发明，包括优选实施例，且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实施例具有并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则期望此类其它实例在权利要求的范围内。来自所述各种实施例的方面以及针对各个此类方面的其它已知等同物可由本领域的普通技术人员混合和匹配，以构成根据本申请的原理的附加实施例和技术。如果与附图有关的参考标记放在权利要求的括号中，则它们仅用于试图增加权利要求的可理解性，并且不应被解释为限制权利要求的范围。