一种风力发电机双向负刚度阻尼增效系统技术方案

本发明专利技术公开了一种风力发电机双向负刚度阻尼增效系统，涉及风力发电机技术领域，包括伸臂牛腿、拉索、支撑梁、预压弹簧、伸臂桁架、铰接柱、底座、阻尼器和铰支座，借助伸臂牛腿将风机塔筒上部转动变形转化为伸臂牛腿端部竖向位移，实现第一重放大效应；伸臂牛腿端部竖向位移借助拉索传递带动铰接柱绕底部的底座转动，进而转化为更大的伸臂桁架端部竖向位移，实现第二重放大效应；铰接柱转动带动预压弹簧转动，从而释放预压弹簧的预压力，并推动铰接柱和伸臂桁架进一步向着转动方向运动，产生了负刚度力，进一步地放大阻尼器的变形，实现第三重放大效应。本发明专利技术能够有效控制外部荷载作用下风机任意水平方向的不利振动，便于安装于风机塔筒内部。风机塔筒内部。风机塔筒内部。

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机双向负刚度阻尼增效系统


[0001]本专利技术涉及风力发电机
，特别是涉及一种风力发电机双向负刚度阻尼增效系统。

技术介绍

[0002]传统的火力发电转化效率较低，对能源的浪费情况比较严重，对不可再生能源的过度开采和使用会造成严重的环境污染以及生态破坏。风能作为一种可再生的清洁能源，具有广阔的发展前景。风力发电机，简称风机，是目前利用风能的主要方式之一，它可将风能转化为机械能，再转化为电能供人们使用。而随着风力发电技术的不断成熟，风机尺寸设计的也越来越大，塔筒细长的特点会导致在风荷载和地震作用时，风机顶部在横向发生剧烈振动，严重影响其发电效率和安全性。因此，如何控制风机的横向振动是亟待解决的重要问题，受到众多科研工作者关注和研究。

技术实现思路

[0003]鉴于目前风力发电机结构尚没有可利用较小的阻尼器显著提升并突破现有放大阻尼传递体系的消能减振能力瓶颈的系统，本专利技术的目的是提供一种风力发电机双向负刚度阻尼增效系统，具有构造简单，易于安装，耗能效果显著等特点，能有效的控制风机的不利振动。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了一种风力发电机双向负刚度阻尼增效系统，包括位于风力发电机的塔筒内部的底座、铰接柱、伸臂桁架、阻尼器、铰支座、拉索、伸臂牛腿、预压弹簧和支撑梁，所述底座固定在地面上且与所述铰接柱的底端铰接，所述铰接柱的侧壁上均匀分布有三个所述伸臂桁架，所述伸臂桁架的一端与所述铰接柱固定连接，所述伸臂桁架的另一端与所述阻尼器的顶端铰接，所述阻尼器的底端与固定在地面上的所述铰支座铰接，所述伸臂桁架的上弦杆通过竖直设置的所述拉索与所述伸臂牛腿连接，所述伸臂牛腿的一端与所述塔筒的内壁顶部固定连接，所述伸臂牛腿的另一端与所述拉索固定连接；所述预压弹簧的底端与所述铰接柱的顶端铰接，所述预压弹簧的顶端与所述支撑梁的中心节点底部铰接，所述支撑梁为一体式结构并包括三根以所述中心节点为起点的长梁，所述长梁的末端与所述塔筒的内壁固定连接，三根所述长梁与三个所述伸臂桁架相错设置，且所述长梁的高度从靠近所述中心节点的一端到远离所述中心节点的一端逐渐增高；所述伸臂牛腿将所述风机塔筒上部转动变形转化为伸臂牛腿端部竖向位移，实现第一重放大效应；然后所述伸臂牛腿端部竖向位移借助拉索实现由高到低传递带动铰接柱绕着底部的底座转动，进而转化为更大的伸臂桁架端部竖向位移，实现第二重放大效应；所述铰接柱转动时，将带动预压弹簧转动，从而释放预压弹簧的预压力，并推动所述铰接柱和伸臂桁架进一步向着转动方向运动，产生了与运动方向一致的作用力，即负刚度力，因此将进一步地放大阻尼器的变形，实现第三重放大效应，基于杠杆原理和被动负刚度机制的
‘
三
重放大效应
’
，显著提高阻尼器的变形及其消能能力。
[0005]优选的，所述伸臂桁架包括上弦杆、竖杆、斜杆和若干个竖向腹杆，所述上弦杆、所述竖杆和所述斜杆依次首尾相连组成所述伸臂桁架的外轮廓，所述竖向腹杆的两端分别与所述上弦杆和所述斜杆固定连接，所述上弦杆与所述铰接柱垂直固定连接，所述竖杆与所述铰接柱平行固定连接，所述斜杆远离所述铰接柱的一端与所述阻尼器的一端铰接。
[0006]优选的，所述支撑梁的类型为钢筋混凝土梁、型钢梁或钢管梁。
[0007]优选的，所述阻尼器为粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器、摩擦型阻尼器或金属阻尼器。
[0008]优选的，通过改变所述伸臂牛腿的长度与布置位置来调整第一重放大效果；通过调整所述拉索在上弦杆上的布置位置，调整第二重放大效果；通过调整所述预压弹簧的刚度、预压力以及伸臂桁架的尺寸，调整负刚度大小，进而调整第三重放大效果。
[0009]因此，本专利技术采用上述结构的风力发电机双向负刚度阻尼增效系统，具有如下有益效果：1、便于安装在风机塔筒内部，不改变风机外部气动外形也不影响风机正常工作；2、基于杠杆原理和被动负刚度机制的
‘
三重放大效应
’
，显著提高阻尼器的变形及其消能能力；3、在铰接柱周围三个方向均匀布置伸臂桁架和阻尼器，实现了双向负刚度增效效果，从而有效控制外部荷载作用下风机任意水平方向的不利振动；4、支撑梁与预压弹簧上端、预压弹簧下端与铰接柱上端、铰接柱下端与底座之间均为铰接，三处铰接设置使得预压弹簧和铰接柱可以实现双向工作，进而实现了双向的三重放大效果。
[0010]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0011]图1是本专利技术风力发电机双向负刚度阻尼增效系统实施例的示意图；图2是本专利技术针对的风力发电机的整体结构示意图；图3是本专利技术风力发电机双向负刚度阻尼增效系统中伸臂牛腿和拉索连接的实施例的示意图；图4是本专利技术风力发电机双向负刚度阻尼增效系统在风力发动机转动前的实施例的示意图；图5是本专利技术风力发电机双向负刚度阻尼增效系统在风力发动机转动后的实施例的示意图；图6是在风力发动机转动前本专利技术中的一个伸臂桁架同铰接柱一起双向工作的实施例的示意图；图7是在风力发动机转动后本专利技术中的一个伸臂桁架同铰接柱一起双向工作的实施例的示意图；图8是在风力发动机转动前本专利技术中的铰接柱
‑
底座接触情况的实施例的示意图；图9是在风力发动机转动后本专利技术中的铰接柱
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底座接触情况的实施例的示意图；图10是本专利技术风力发电机双向负刚度阻尼增效系统中伸臂桁架的实施例的示意图。
[0012]附图标记1、底座；2、铰接柱；3、伸臂桁架；31、上弦杆；32、竖杆；33、斜杆；34、竖向腹杆；4、阻尼器；5、铰支座；6、拉索；7、伸臂牛腿；8、预压弹簧；9、支撑梁；10、塔筒。
具体实施方式
[0013]下面结合附图对本专利技术的实施方式做进一步的说明。
[0014]如图1
‑
10所示，一种风力发电机双向负刚度阻尼增效系统，包括位于风力发电机的塔筒10内部的底座1、铰接柱2、伸臂桁架3、阻尼器4、铰支座5、拉索6、伸臂牛腿7、预压弹簧8和支撑梁9。底座1固定在地面上且与铰接柱2的底端铰接，铰接柱2的侧壁上均匀分布有三个伸臂桁架3，伸臂桁架3的一端与铰接柱2固定连接，伸臂桁架3的另一端与阻尼器4的顶端铰接。阻尼器4的底端与固定在地面上的铰支座5铰接，阻尼器4为粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器、摩擦型阻尼器或金属阻尼器。伸臂桁架3的上弦杆31通过竖直设置的拉索6与伸臂牛腿7连接，锚固前对拉索6进行预张拉，使其保持绷紧状态。伸臂牛腿7的一端与塔筒10的内壁顶部固定连接，伸臂牛腿7的另一端与拉索6固定连接。
[0015]伸臂桁架3包括上弦杆31、竖杆32、斜杆33和若干个竖向腹杆34，上弦杆31、竖杆32和斜杆33依次首尾相连组成伸臂桁架3的外轮廓，竖向腹杆34的两端分别与上弦杆31和斜杆33固定连接。上弦杆31与铰接柱2垂直固定连接，竖杆32与铰接柱2平行固定连接，斜杆33远离铰接柱2的一端与阻尼器4的一端铰接。
[0016]预压弹簧8的底端与铰接柱2的顶端铰接，预压弹簧8的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机双向负刚度阻尼增效系统，其特征在于：包括位于风力发电机的塔筒内部的底座、铰接柱、伸臂桁架、阻尼器、铰支座、拉索、伸臂牛腿、预压弹簧和支撑梁，所述底座固定在地面上且与所述铰接柱的底端铰接，所述铰接柱的侧壁上均匀分布有三个所述伸臂桁架，所述伸臂桁架的一端与所述铰接柱固定连接，所述伸臂桁架的另一端与所述阻尼器的顶端铰接，所述阻尼器的底端与固定在地面上的所述铰支座铰接，所述伸臂桁架的上弦杆通过竖直设置的所述拉索与所述伸臂牛腿连接，所述伸臂牛腿的一端与所述塔筒的内壁顶部固定连接，所述伸臂牛腿的另一端与所述拉索固定连接；所述预压弹簧的底端与所述铰接柱的顶端铰接，所述预压弹簧的顶端与所述支撑梁的中心节点底部铰接，所述支撑梁为一体式结构并包括三根以所述中心节点为起点的长梁，所述长梁的末端与所述塔筒的内壁固定连接，三根所述长梁与三个所述伸臂桁架相错设置，且所述长梁的高度从靠近所述中心节点的一端到远离所述中心节点的一端逐渐增高；所述伸臂牛腿将所述风机塔筒上部转动变形转化为伸臂牛腿端部竖向位移，实现第一重放大效应；然后所述伸臂牛腿端部竖向位移借助拉索实现由高到低传递带动铰接柱绕着底部的底座转动，进而转化为更大的伸臂桁架端部竖向位移，实现第二重放大效应；所述铰接柱转动时，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：王萌，刘超，王丕光，杜修力，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：