本發(fā)明涉及一種動力吸振裝置、包括該動力吸振裝置的塔架和包括該塔架的風力發(fā)電機組，更具體地講，本發(fā)明涉及一種能夠根據(jù)激勵力的方向而調整到最有利于吸收振動的位置的動力吸振裝置、包括該動力吸振裝置的塔架和包括該塔架的風力發(fā)電機組。

背景技術：

隨著風力發(fā)電技術的提高，大型風力發(fā)電機組中的組件增多，使得風力發(fā)電機組的塔架的高度越來越高。塔架在風載、海浪等作用下，會產(chǎn)生一定的振動，其中，柔性塔架的振動尤為突出。振動過大會使得風力機組搖晃、縮短塔架的使用壽命，甚至可能導致強度失效或疲勞失效，因此，需要減小塔架的振動。

在現(xiàn)有技術中，通常利用隔振裝置來減小振動體的振動，其中，隔振裝置指的是在振源與受控對象之間安裝彈性元件，依靠彈性元件的彈性變形減輕外傳激勵。

例如，在現(xiàn)有技術中，通過在塔架上端安裝減振塊和阻尼器或在塔架中安裝阻尼平臺來實現(xiàn)塔架的減振效果，現(xiàn)有技術中的這兩種結構均屬于隔振裝置。然而，當激勵力以單頻為主或者頻率很低時，隔振裝置的減振效果不明顯。風力發(fā)電機組中的塔架(尤其是柔性塔架)的振動頻率很低，因此對于塔架而言，采用上述隔振裝置時獲得的減振效果并不理想。

此外，由于隔振裝置只能針對特定的頻率進行設計，當塔架受到多個激勵而具有多階頻率時，需要布置多個隔振裝置，然而對于塔架而言不容易進行這樣的布置。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠適用于激勵力以單頻為主或者頻率很低的振動體的動力吸振裝置、包括該動力吸振裝置的塔架和包括該塔架的風力發(fā)電機組，并且所述動力吸振裝置還能夠根據(jù)激勵力的方向而調整到最有利于吸收振動的位置。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種動力吸振裝置可包括：旋轉構件；腔體，結合到所述旋轉構件；質量體，可活動地設置在所述腔體內，并將所述腔體分成第一腔體和第二腔體；彈性構件，設置在所述第一腔體和/或所述第二腔體內，所述彈性構件的第一端連接到所述質量體，所述彈性構件的第二端連接到所述腔體或所述旋轉構件；阻尼結構，設置在所述腔體上或所述腔體內。

可選地，所述動力吸振裝置還可包括驅動所述旋轉構件旋轉的驅動裝置。

可選地，所述阻尼結構可包括穿透所述第一腔體和/或所述第二腔體的阻尼孔、設置在所述腔體的內壁與所述質量體之間的阻尼縫以及設置在所述第一腔體和/或所述第二腔體內的阻尼器中的一個或一個以上。

可選地，所述阻尼孔可以為穿透第一腔體和/或第二腔體的側壁的孔，和/或為使所述腔體的端壁的一部分敞開的開口。

可選地，在所述阻尼結構包括所述阻尼縫的情況下，所述腔體的側壁的與所述阻尼縫對應的至少一部分可包括外殼體、內殼體以及由所述外殼體和所述內殼體圍成的空腔。

可選地，在所述空腔內可設置有阻尼器和/或連接所述外殼體和所述內殼體的彈簧。

可選地，在所述阻尼結構包括所述阻尼縫的情況下，所述腔體為封閉腔體，且在第一腔體和所述第二腔體內填充有氣體或液體。

可選地，所述腔體的端壁具有開口，所述阻尼器和彈性構件的第一端連接到所述質量體，所述阻尼器和彈性構件的第二端連接到所述旋轉構件?？蛇x地，所述腔體的端部封閉，所述阻尼器和彈性構件的第一端連接到所述質量體，所述阻尼器和所述彈性構件的第二端連接到所述腔體的端壁。

可選地，所述旋轉構件可以為環(huán)狀，且能夠旋轉地設置在風力發(fā)電機組的塔架的內壁上。

可選地，所述動力吸振裝置還可包括：傳感器，檢測所述塔架的振動加速度和振動方向；控制器，所述控制器根據(jù)所述傳感器的測量結果控制所述旋轉構件的旋轉。

可選地，所述動力吸振裝置還可包括限制所述質量體的活動的限位開關，所述控制器可根據(jù)傳感器的測量結果控制所述限位開關的打開或關閉。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種動力吸振裝置可包括：質量體；三個或三個以上彈性構件，所述彈性構件的第一端連接到所述質量體，并且所述三個或三個以上彈性構件以所述質量體為基準呈放射狀地布置；三個或三個以上阻尼器，所述阻尼器的一端連接到所述質量體，并且所述三個或三個以上阻尼器以所述質量體為基準呈放射狀地布置。

可選地，所述動力吸振裝置還可包括支撐所述質量體的支撐部，所述彈性構件和阻尼器沿水平方向布置。

可選地，所述彈性構件可傾斜地布置，且彈性構件的第二端可被布置為高于所述彈性構件的所述第一端。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種塔架可包括：如上所述的具有旋轉構件的動力吸振裝置，所述動力吸振裝置的旋轉構件可旋轉地設置在所述塔架的內壁上；和/或如上所述的具有所述三個或三個以上彈性構件以及所述三個或三個以上阻尼器的動力吸振裝置，所述動力吸振裝置的彈性構件的第二端和阻尼器的第二端連接到所述塔架的內壁。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種風力發(fā)電機組可包括如上所述的塔架。

根據(jù)本發(fā)明的動力吸振裝置，可利用吸振原理來吸收或消耗振動體1的振動能量，從而達到減振的目的。與現(xiàn)有技術中的隔振裝置相比，本發(fā)明的動力吸振裝置應用范圍廣，即使激勵力以單頻為主或者頻率較低，也可使用動力吸振裝置進行吸振。此外，根據(jù)本發(fā)明的動力吸振裝置，能夠提高對振動體的吸振能力。

附圖說明

通過下面結合附圖進行的詳細描述，本發(fā)明的上述和其它目的、特點和優(yōu)點將會變得更加清楚，其中：

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的動力吸振裝置的示意圖；

圖2是示出圖1的動力吸振裝置的吸振模塊的示意圖；

圖3是示出圖2的吸振模塊的內部構造的示意圖；

圖4是沿圖3的A-A線截取的截面圖，示出了具有第一種阻尼結構的吸振模塊的示例；

圖5是動力吸振裝置的另一實施例的示意圖，示出了具有第二種阻尼結構的吸振模塊的示例；

圖6是動力吸振裝置的又一實施例的示意圖，示出了具有第三種阻尼結構的吸振模塊的示例；

圖7是圖6的P部分的放大圖；

圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例的動力吸振裝置的示意圖；

圖9是示出圖8的動力吸振裝置的截面圖；

圖10是示出圖8的動力吸振裝置的一個變型示例的截面圖。

具體實施方式

下面，將參照附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的動力吸振裝置的示意圖，圖2是示出圖1的動力吸振裝置的吸振模塊的示意圖，圖3是示出圖2的吸振模塊的內部構造的示意圖，圖4是沿圖3的A-A線截取的截面圖，示出了具有第一種阻尼結構的吸振模塊的示例，圖5是動力吸振裝置的另一實施例的示意圖，示出了具有第二種阻尼結構的吸振模塊的示例，圖6是動力吸振裝置的又一實施例的示意圖，示出了具有第三種阻尼結構的吸振模塊的示例，圖7是圖6的P部分的放大圖。

如圖1至圖4所示，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的動力吸振裝置100可包括旋轉構件110和結合到所述旋轉構件110的吸振模塊。吸振模塊可包括腔體130、設置在腔體130中的質量體140、連接在質量體140上的彈性構件150以及設置在腔體130上或設置在腔體130內的阻尼結構。

如圖1所示，旋轉構件110可結合到振動體1的內壁。優(yōu)選地，旋轉構件110布置在振動體1的振動平面內，從而振動體1的振動可傳遞給旋轉構件110。例如，振動體1可以為風力發(fā)電機組的塔架，塔架通常由于風力而在水平方向上搖擺，因此，塔架的振動通常發(fā)生在水平方向上，因此，旋轉構件110優(yōu)選為沿著水平方向布置。但是，本發(fā)明不限于此，振動體1也可以為其它需要吸振的裝置。

旋轉構件110可旋轉地安裝振動體1上，從而可以根據(jù)振動方向的改變而調整吸振模塊的設置方向。旋轉構件110的形狀不受具體限制，只要能夠調節(jié)吸振模塊的設置方向即可。例如，如圖1所示，在將旋轉構件110安裝到圓環(huán)形的振動體1的內壁上時，旋轉構件110也可呈圓環(huán)形。

如圖1所示，腔體130可固定到旋轉構件110中。例如，在旋轉構件110呈圓環(huán)形的情況下，腔體130可沿旋轉構件110的徑向固定到旋轉構件110的內側。

腔體130的形狀不受具體限制，例如，可以是如圖1至如圖5中所示的筒狀。腔體130的端壁的一部分可以是敞開的(如圖4和圖6所示)，也可以是不敞開的(如圖5所示)。例如，如圖4和圖6所示，在腔體130的端壁未敞開的情況下，腔體130可以通過端壁固定到旋轉構件110。例如，如圖5所示，在腔體130的端壁敞開的情況下，腔體130的側壁可通過支架41和42固定到旋轉構件110。

根據(jù)本發(fā)明，動力吸振裝置100還可包括驅動裝置(例如，電機)120。當振動體1的振動方向發(fā)生變化時，驅動裝置120可以向旋轉構件110施加驅動力使旋轉構件110轉動，旋轉構件110帶動腔體130旋轉，從而將吸振模塊調節(jié)到最利于吸收振動的方向，例如，使腔體130的長度方向與振動體1的振動方向一致(稍后將對其進行詳細描述)。

如圖2和圖3所示，質量體140設置在腔體130中并可在腔體130中做活塞式運動。質量體140可將腔體130分成第一腔體131和第二腔體132。質量體140的材料和形狀不受具體限制，此外，質量體140的質量可根據(jù)振動體的固有頻率來合理地確定。

彈性構件150可沿腔體130的長度方向設置在第一腔體131和/或第二腔體132內。也就是說，可僅在第一腔體131和第二腔體132中的一個中設置彈性構件150，也可在第一腔體131和第二腔體132中均設置彈性構件150。彈性構件150的第一端可連接到質量體140，彈性構件150的第二端可連接到腔體130或旋轉構件110。例如，如圖4所示，在腔體130的端壁未敞開的情況下，彈性構件150的第二端可連接到腔體130的端壁，在這種情況下，旋轉構件110的振動能量可通過腔體130傳遞給彈性構件150。例如，如圖5所示，在腔體130的端壁敞開的情況下，彈性構件150的第二端可連接到旋轉構件110，在這種情況下，旋轉構件110的振動能量可直接傳遞給彈性構件150。

可選地，彈性構件150可以為彈性系數(shù)為k的彈簧，彈簧的彈性系數(shù)k可根據(jù)振動體1的固有頻率來合理地確定。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，振動體1的振動能量可轉化為彈性構件150的彈性勢能。彈性構件150的恢復力可使質量體140在腔體130中運動。也就是說，彈性構件150的彈性勢能可轉化為質量體140的機械能(包括動能和重力勢能)。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，動力吸振裝置100的阻尼結構可被構造為消耗質量體140的機械能。

例如，在利用根據(jù)本發(fā)明的動力吸振裝置100來吸收振動體1的振動能量時，振動體1的振動能量可首先轉化為旋轉構件110的振動能量，然后轉化為彈性構件150的彈性勢能，彈性構件150的彈性勢能可轉化為質量體140的機械能，質量體140的機械能可被阻尼結構消耗，以這種方式，動力吸振裝置100可吸收振動體1的振動能量，從而起到減振的作用。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，阻尼結構可包括阻尼孔160。阻尼孔160為使第一腔體131和/或第二腔體132的內部空氣與外部空氣連通而進行空氣交換的孔。如圖2至圖4所示，阻尼孔160可以為穿透第一腔體131和/或第二腔體132的側壁的孔。在第一腔體131或第二腔體132中，可設置一個或更多個孔。例如，如圖5所示，阻尼孔160可以為使腔體130的兩個端壁的一部分敞開的開口。

在阻尼結構包括阻尼孔160的情況下，質量體140的機械能可轉化為腔體130內空氣的內能，腔體130內的空氣通過阻尼孔160與腔體130外的空氣進行交換，從而消耗振動體1的振動能量，起到減振的作用。

根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，阻尼結構可包括阻尼器。如圖5所示，阻尼器170可沿腔體130的長度方向(質量體的運動方向)設置在第一腔體131和/或第二腔體132內。在圖5所示的示例中，由于腔體130為端部的一部分敞開的結構，因此，阻尼器170的第一端連接到質量體140，阻尼器170的第二端連接到旋轉構件110。雖然圖5中示出了在第一腔體131中設置彈性構件150、在第二腔體132中設置阻尼器170的示例，但本公開不限于此，也可在圖5的第一腔體131和第二腔體132中同時設置彈性構件150和阻尼器170。

此外，在圖4示出的腔體130的端壁未敞開的情況下，雖然僅示出了第一腔體131和第二腔體132中設置了彈簧150，但是，也可在圖4中的第一腔體131和/或第二腔體132內設置阻尼器。這種情況下，阻尼器的第一端可連接到質量體140，阻尼器的第二端可以連接到腔體130的端壁。此外，可將圖4中的第一腔體131或第二腔體132內的彈性構件150替換成阻尼器，也可在圖4的第一腔體131和第二腔體132內同時設置彈性構件150和阻尼器170。阻尼器170可具有本領域公知的結構，其能夠消耗質量體140的機械能。例如，可使用彈簧阻尼器、液壓阻尼器、脈沖阻尼器、旋轉阻尼器、粘滯阻尼器、阻尼滑軌等作為根據(jù)本發(fā)明的阻尼器170。

在阻尼結構包括阻尼器170的情況下，阻尼器170可吸收質量體140的機械能，從而消耗振動體1的振動能量，起到減振的作用。

根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，阻尼結構可包括設置在腔體130的內壁與質量體140之間的阻尼縫180，如圖6和圖7所示，阻尼縫180連通第一腔體131和第二腔體132。阻尼縫180的寬度不受具體限制。

根據(jù)本發(fā)明的阻尼結構可以同時包括阻尼孔160和阻尼縫180，也可以只包括阻尼縫180，而不包括阻尼孔160。

當阻尼結構包括阻尼縫180而不包括阻尼孔160時，腔體130可以是封閉結構，因此除了可在腔體130內填充空氣之外，還可在腔體130內填充液體。在這種情況下，阻尼縫180能夠保證第一腔體131和第二腔體132內的空氣或液體的流通，保證質量體140能夠順利地運動，從而將振動體1的振動能量轉化為彈性構件150的彈性勢能，然后轉化為質量體140的機械能(包括動能和勢能)，最終，質量體140的機械能可轉化為氣體或液體的內能而被消耗掉。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，如圖7所示，可使腔體130的側壁的與阻尼縫180對應的至少一部分30包括外殼體31、內殼體32以及由外殼體31和內殼體32圍成的空腔33。由于設置了空腔33，因此在空氣或液體流過阻尼縫180時，內殼體32可更容易變形，因此可更好地保證第一腔體131和第二腔體132內的空氣或液體的流通。

另外，可在空腔33內沿腔體130的徑向設置連接外殼體31和內殼體32的彈簧34。在這種情況下，彈簧34使得內殼體32更加有彈性，保證阻尼縫180的空隙大小合適。當質量體140速度過大時，流體壓力壓迫內殼體32，增大空隙，保證了腔體130內的壓力穩(wěn)定。

此外，根據(jù)本發(fā)明的實施例，還可在空腔33內設置阻尼器(未示出)，以輔助消耗振動體1的振動能量。

以上示出了阻尼結構包括阻尼孔160、阻尼器170和阻尼縫180的實施例，在理解了根據(jù)本發(fā)明的阻尼結構消耗振動能量的原理之后，應理解的是，可對阻尼孔160、阻尼器170和阻尼縫180進行任意組合或變型，只要阻尼結構能夠消耗質量體140的機械能即可。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，動力吸振裝置100還可包括傳感器(未示出)和控制器(未示出)。傳感器可檢測振動體1的振動加速度和振動方向?？刂破骺稍谒鶞y得的振動加速度超過閥值時向旋轉構件110施加驅動力(例如，啟動驅動裝置120向旋轉構件110施加驅動力)，使得旋轉構件110旋轉到使腔體130的長度方向與振動體1的振動方向一致。由于彈性構件沿腔體1的長度方向設置，因此當使腔體130的長度方向與振動體1的振動方向一致時，彈性構件150的諧振方向與振動體1的振動方向一致，更有利于將振動體1的振動轉化為彈性構件150的彈性勢能，從可顯著提高動力吸振裝置100的吸振能力。

此外，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，動力吸振裝置100還可包括限制質量體140的位移的限位開關(未示出)?？蛇x地，限位開關可設置在腔體130上。根據(jù)本發(fā)明，在所測得的振動加速度超過閥值時，控制器關閉限位開關，則質量體140可以運動。在所測得的振動加速度小于閥值時，控制器打開限位開關，則質量體140的運動被限制。

在動力吸振裝置100包括傳感器、控制器和限位開關的情況下，可根據(jù)振動體1所能承受的振動程度確定閥值，并在振動體1的振動加速度超過閥值時，控制器例如通過啟動驅動裝置120向旋轉構件110施加驅動力驅動旋轉構件110旋轉，使得腔體130的長度方向與振動體1的振動方向一致。然后，控制器可關閉限位開關，則質量體140可以運動，從而可將振動體1的振動能量轉化為質量體140的機械能，并最終通過阻尼結構消耗掉。傳感器可持續(xù)測量振動體1的振動方向，并在振動方向發(fā)生改變時，驅動旋轉構件110旋轉為使得腔體130的長度方向與振動體1的振動方向一致。當傳感器所測得的振動加速度小于閥值時，控制器打開限位開關，則質量體140的運動被限制，動力吸振裝置100停止吸振。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明的動力吸振裝置100，可利用吸振原理來吸收或消耗振動體1的振動能量，從而達到減振的目的。與現(xiàn)有技術中的隔振裝置相比，本發(fā)明的動力吸振裝置100應用范圍廣，即使激勵力以單頻為主或者頻率較低，也可使用動力吸振裝置100進行吸振。

此外，根據(jù)本發(fā)明的動力吸振裝置100，當振動體1的振動方向變化時，可通過將動力吸振裝置100的諧振方向調節(jié)為與振動體1的振動方向一致，因此即使在振動方向發(fā)生變化時，也能夠以最大效率吸收振動能量，從而提高了動力吸振裝置100對振動體1的減振效果。

以下，將描述根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例的動力吸振裝置200。圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例的動力吸振裝置的示意圖，圖9是示出圖8的動力吸振裝置的截面圖，圖10是示出圖8的動力吸振裝置的一個變型示例的截面圖。

如圖8所示，動力吸振裝置200可包括質量體240、三個或三個以上彈性構件250以及三個或三個以上阻尼器280。

彈性構件250的第一端可連接到所述質量體的外壁，彈性構件250的第二端可連接到振動體1(例如，風力發(fā)電機組的塔架)的內壁。可選地，彈性構件250可以為彈性系數(shù)為k的彈簧。質量體240的質量和彈簧的彈性系數(shù)k可根據(jù)振動體1的固有頻率來合理地確定。

阻尼器280的第一端可連接到所述質量體的外壁，阻尼器280的第二端可連接到振動體1(例如，風力發(fā)電機組的塔架)的內壁。

阻尼器280可具有本領域公知的結構，其能夠消耗質量體240的機械能。例如，可使用彈簧阻尼器、液壓阻尼器、脈沖阻尼器、旋轉阻尼器、粘滯阻尼器、阻尼滑軌等作為根據(jù)本發(fā)明的阻尼器280。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，至少三個彈性構件250和至少三個阻尼器280可以以質量體240為基準呈放射狀地布置，如圖8所示。

優(yōu)選地，彈性構件250和阻尼器280可均勻地分布在質量體240的外周。另外，彈性構件250和阻尼器280可以在豎直平面、水平面或其它平面上共面，或者也可以不共面。優(yōu)選地，彈性構件250和阻尼器280可以在豎直平面或水平面上共面，以保證彈性構件250和質量體240運動的平穩(wěn)性。

另外，根據(jù)本公開的實施例的動力吸振裝置200還可以包括支撐部290。支撐部290可固定到振動體1的內壁，并用于支撐質量體240。例如，支撐部290可以是水平設置的支撐板，支撐板可以固定到振動體1上。在設置用于支撐質量體240的支撐部290的情況下，彈性構件250和阻尼器280均可以沿水平方向設置，如圖9所示，此時質量體240可在支撐部290的上表面進行水平方向的往復振動。

另外，根據(jù)本公開的實施例，彈性構件250可傾斜地布置，彈性構件250的第一端連接到質量體，而第二端可以設置為高于質量體而固定到振動體1的內壁上，從而彈性構件250與水平方向呈預定角度，如圖10所示。在這種情況下，可省略支撐部290，而利用彈性構件250承受質量體240的重量。

在利用根據(jù)本發(fā)明的動力吸振裝置200來吸收振動體1的振動能量時，振動體1的振動能量可轉化為彈性構件250的彈性勢能。彈性構件250的恢復力可保證質量體240的運動，從而彈性構件150的彈性勢能轉化為質量體240的機械能(包括動能和重力勢能)，質量體240的機械能可被阻尼器280消耗。以這種方式，動力吸振裝置200可吸收振動體1的振動能量，從而起到減振的作用。

根據(jù)本發(fā)明的動力吸振裝置200可包括放射狀地布置的多個彈性構件250和多個阻尼器280，當振動體1沿不同的方向振動時，彈性構件250可以沿不同的方向提供恢復力，因此質量體240可沿不同的方向運動，使得動力吸振裝置200能夠更好地吸收不同方向的振動能量，從而提高了動力吸振裝置200對振動體1的振動能量的吸收率。

另外，根據(jù)本發(fā)明，當振動體1具有多階振動頻率時，可通過設置多個相對應頻率的動力吸振裝置100或200來吸收振動體1的振動，從而克服了現(xiàn)有技術中不能通過設置多個隔振裝置來對具有多階頻率的振動體1進行減振的問題。

此外，雖然以上示例示出了振動體1為風力發(fā)電機組的塔架的示例，但本發(fā)明不限于此，振動體1可以為其它需要吸振的裝置。

盡管已經(jīng)參照其示例性實施例具體描述了本發(fā)明的示例性實施例，但是本領域的技術人員應該理解，在不脫離權利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對其進行形式和細節(jié)上的各種改變。