[发明专利]抑制风力机涡激现象的降涡减振装置

说明书

本发明公开抑制风力机涡激现象的降涡减振装置，属于风力机的技术领域。该降涡减振装置包括：塔筒上端固定板、塔筒下端固定板和多组粗绳。塔筒上端固定板、塔筒下端固定板分别固定在塔筒顶端和塔筒相对靠下的位置。粗绳两端分别固定于塔筒上端固定板与塔筒下端固定板，通过多对粗绳产生的细小脱落涡，来对风力机塔筒产生的大尺寸涡分离点进行持续不定常地破坏，对大尺寸涡进行诱导，来抑制风力机塔筒表面的流动分离，在一定程度上阻碍风力机塔筒后方涡的生成。本发明成本低廉，结构简单，适用性较好，可以有效减少风力机塔筒因为涡激现象造成的寿命损耗，提高风力机塔筒在涡激振动影响下的稳定性。

技术领域

本发明涉及风力发电技术，具体公开抑制风力机涡激现象的降涡减振装置，属于风力机的技术领域。

背景技术

当圆柱形结构物置于流场中时，一方面，其迎风面会产生正压，背风面产生负压，从而形成一个压力差使圆柱形结构物受到一个顺风向的纵向力；另一方面，在圆柱形结构物的尾流区域会发生边界层分离，大范围的边界层分离使其后方两侧会产生交替泄涡，对置于流场中的圆柱形结构物产生一个垂直于风向的周期性变化的横向力，如果柱体是弹性支撑的，周期变化的横向力将引发柱体的周期性振动，这种规律性的柱状体振动反过来又会改变其尾流的泄涡发放形态，这种现象称为涡激振动。当旋涡脱落频率与圆柱形结构物的固有频率接近时，圆柱形结构物的振幅会显著增大，发生共振。长细比较大的圆柱形结构物对风荷载十分敏感，在较低风速时就会发生涡激现象，此时圆柱形结构物会发生疲劳破坏从而影响其使用寿命。

圆柱形风力机塔筒的直径一般在4m以上，会产生上述涡激现象。为减少或消除涡激振动造成的破坏作用，延长风力机塔筒和叶片的使用寿命，主要有以下两种方法：一是通过调整结构本身的动力特性，以减小其在旋涡作用下的响应；另一类方法则是通过附加抑制装置来干涉和改变旋涡发生的条件和尾流流态，以达到减弱流体所产生的振荡力的目的，具体的方式有增加扰流条、整流罩、采用调谐质量阻尼器等，但它们在使用过程中都存在一定的局限性。扰流条在抑制振动的同时会增加圆柱形结构物受到的阻力，无法直接与塔筒表面固定，结构不稳定，且安装、拆卸不便，所以扰流块模块串联悬挂的方式无法永久使用，成本很高。整流罩能够在抑制振动的同时减小阻力，但其设计复杂，并且成本较高，适用性较差。在塔筒内设置阻尼器的方式设计也比较复杂，对于不同塔架，阻尼器的设计也不同，适用性较差；此外，阻尼器的质量取决于塔筒本身的质量和刚度，不恰当的设计不仅不能达到减振效果，反而会恶化振动情况。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供抑制风力机涡激现象的降涡减振装置，以较小的成本灵活实现抑制风力机塔筒涡激振动的发明目的，解决现有涡激振动抑制装置设计复杂、成本高且适用性较差的技术问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

一种抑制风力机涡激现象的降涡减振装置，包括塔筒上端固定板、塔筒下端固定板、多根粗绳；每一根粗绳的两端分别固定在塔筒上端固定板和塔筒下端固定板上，多根粗绳与塔筒上端固定板以及塔筒下端固定板组成的降涡减振装置安装在引起涡激现象的主要塔筒段，或者振动频率与涡脱落频率相近的塔筒段。

进一步地，也可充分利用固定在风力机塔筒顶部的可以随机舱偏航的法兰盘代替塔筒上端固定板，每一根粗绳的两端分别固定在法兰盘和塔筒下端固定板上。

进一步地，粗绳采用直径5cm~8cm左右的麻绳、尼龙绳等非金属材质的多股线绳。

进一步地，粗绳的数量为双数，例如6对~10对；粗绳左右成对地、等角度间隔地布置在塔筒外表面上；成对的两根粗绳在塔筒横截面上的连线穿过塔筒横截面的圆心，关于塔筒中心线左右对称。

进一步地，粗绳固定在上端固定板时，有一对粗绳在塔筒横截面上的连线与当地主风向垂直；其它粗绳对以此为参考，等角度间隔地布置，当地主风向根据当地一年的风玫瑰图来确定。

进一步地，粗绳固定好以后，每根粗绳与塔筒外表面有一最小距离，该距离在粗绳拉紧后满足1~2个粗绳直径的距离。