一种液体阻尼器、风力发电机塔筒及风力发电机的制作方法

本发明涉及应用于高耸结构的阻尼器技术领域，尤其涉及一种液体阻尼器、风力发电机塔筒及风力发电机。

背景技术：

高耸结构包括烟囱、风力发电机塔筒等，高耸结构是一种高度与横向尺寸之比较大的高柔结构物，对风振作用的动态响应大。根据涡激振动产生的原理，风吹过高耸结构后端产生反对称排列的涡街，当涡街从高耸结构的表面脱离时，会导致高耸结构表面产生压力变化，而压力的变化对高耸结构产生一个激励，由此致使物体产生振动。对于高耸结构，当风速从低速向高速增加时，物体会依次经历一阶振动、二阶振动，假若物体的自振频率与漩涡的发放频率相接近时，就会使物体的结构发生共振破坏，并会造成极大的危害。

以风力发电机的塔筒为例，目前，广泛使用调谐质量阻尼器(tunedmassdamper，tmd)对一阶振动进行抑制。

相较于一阶振动，二阶振动对应的风速、振动频率及振动能量都更大，其危害性也更高。目前，主要采用调液质量阻尼器(tunedliquiddamper，tld)来抑制二阶振动。

但现有的调液质量阻尼器通用性差，在针对不同尺寸的高耸结构时，需要定制相应尺寸大小的调液质量阻尼器。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种液体阻尼器、风力发电机塔筒及风力发电机，用以解决现有技术中调液质量阻尼器存在通用性差的问题。

为解决上述问题，本发明提供了：一种液体阻尼器，包括用于盛装阻尼液的筒体，所述筒体的顶部设置有第一嵌合部，所述筒体的底部设置有第二嵌合部；

其中，所述第一嵌合部与所述第二嵌合部两者的结构互为嵌合的关系。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一嵌合部包括外凸结构，所述第二嵌合部包括内凹结构。

作为上述技术方案的进一步改进，所述筒体上设置有注液口。

作为上述技术方案的进一步改进，所述筒体的顶面上设置有用于提高强度的凹孔。

作为上述技术方案的进一步改进，所述筒体内部的侧面上设置有侧面凸起。

作为上述技术方案的进一步改进，所述筒体内部的底面上设置有底面凸起。

作为上述技术方案的进一步改进，所述筒体的外表面设置有用于嵌入绳带的凹槽。

作为上述技术方案的进一步改进，所述筒体为一体式结构。

本发明还提供了：一种风力发电机塔筒，包括如上所述的液体阻尼器。

本发明还提供了：一种风力发电机，包括如上所述的风力发电机塔筒。

本发明的有益效果是：本发明提出一种液体阻尼器，包括用于盛装阻尼液的筒体，筒体的顶部设置有第一嵌合部，筒体的底部设置有第二嵌合部，其中，第一嵌合部与第二嵌合部两者的结构互为嵌合的关系。

由于液体阻尼器具有第一嵌合部和第二嵌合部，所以，若干个液体阻尼器之间可以通过堆砌的形式相互叠加，使得位于下方的筒体的第一嵌合部与位于上方的筒体的第二嵌合部相互嵌合，从而能够获得一个大尺寸调液质量阻尼器。

其中，在使用过程时，用户只需根据实际需要，选择合适数量的液体阻尼器进行组装即可，无需额外定制。

该液体阻尼器具有结构灵活且通用性强等优点，且能够适用于各种不同尺寸的高耸结构。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了一种液体阻尼器的示意图；

图2示出了图1中液体阻尼器的正视图；

图3示出了图2中液体阻尼器的俯视图；

图4示出了图2中液体阻尼器的仰视图；

图5示出了图2中a-a向的剖视图；

图6示出了图3中b-b向的剖视图；

图7示出了三个液体阻尼器通过绳带绑定后的示意图；

图8示出了一种风力发电机塔筒的示意图。

主要元件符号说明：

1-液体阻尼器；2-筒体；3-阻尼液；4-第一嵌合部；5-第二嵌合部；6-凹槽；7-绳带；8-侧面凸起；9-底面凸起；10-注液口；11-把手；12-凹孔；13-风力发电机塔筒；14-绳索。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

不同的高耸结构，建造尺寸会存在差异。同时，因地理环境的等因素，不同地区的风速大小也会存在差异。

根据试验及空气动力等相关知识，漩涡的发放频率f可用无量纲参数斯特劳哈尔数st(strouhalnumber)来表示，表达式为：

f＝st*v/d。

其中，f是漩涡的发放频率，d是特征长度(即，高耸结构外直径)，v是流体速度(即，风速)。

由上述表达式可知，f与风速和高耸结构的尺寸是相关的。为了抑制不同程度的二阶振动，就必须使用对应的调液质量阻尼器，如此才能获得良好的减振效果。

调液质量阻尼器体积越小，抑制振动能力必然越弱，但是如果增大体积，则会导致制造及运输的成本增加。

下面的实施例中所提出的液体阻尼器，能够有效地解决这一问题。

实施例一

请参阅图1至图6，在本实施例中，提出了一种液体阻尼器1，包括用于盛装阻尼液3的筒体2。

在本实施例中，筒体2可设置为圆柱体形，其中，筒体2的内部为中空结构。

在其他实施例中，筒体2还可设置为长方体形、棱柱体形等。

如图6所示，筒体2的顶部设置有第一嵌合部4，筒体2的底部设置有第二嵌合部5。其中，第一嵌合部4与第二嵌合部5两者的结构互为嵌合的关系。

每个液体阻尼器1都具有位于自身顶部的第一嵌合部4和位于自身底部的第二嵌合部5。

以两个液体阻尼器1为例。当需要对两个液体阻尼器1进行组装时，可将其中一个放置到另一个的顶部，然后通过一定的方式对两者之间的连接进行加固即可。在这过程，位于下方的筒体2的第一嵌合部4会与位于上方的筒体2的第二嵌合部5相互嵌合，如此便实现了两者之间的相互组合。

当需要对多个液体阻尼器1组装时，只需按照上述方式依次进行叠加即可。

第一嵌合部4和第二嵌合部5不仅可以实现相邻两液体阻尼器1之间的连接，且由于第一嵌合部4和第二嵌合部5之间的存在，当在组合多个液体阻尼器1时，更容易实现彼此之间的对位，从而降低了组装的难度，并节省了组装的时间。

同时，由于相邻两液体阻尼器1通过第一嵌合部4和第二嵌合部5相互嵌合，所以，组装后的整体，在径向上不易松脱，具备很强的稳定性。

如图6所示，在本实施例中，第一嵌合部4可设置为外凸结构，第二嵌合部5可设置为内凹结构。其中，外凸结构与内凹结构，两者的形状及尺寸均相同。

考虑到加工的成本等因素，外凸结构和内凹结构具可设置为圆台形，即横截面呈圆形，且自上而下横截面面积逐渐增大。

外凸结构和内凹结构的棱角处均可设置有倒角，如此可方便组装。同时，倒角还能避免因棱角处过于锋利而碰伤或刮伤到用户。

在其他实施例中，外凸结构和内凹结构还可以设置为棱台形。棱台形结构的优点在于，当相邻两液体阻尼器1通过第一嵌合部4和第二嵌合部5相互嵌合，两液体阻尼器1之间便不能发生相对转动，如此可以快速实现对位，并能够有效地提高连接的稳定性。

在使用时，用户可以根据风速和高耸结构的尺寸情况，选择对应数量的液体阻尼器1进行组合。其中，针对受二阶振动影响较小的高耸结构，可以只用一个液体阻尼器1。

当多个液体阻尼器1进行叠加组合后，需对多个液体阻尼器1之间的连接进行加固。一般可以采用螺栓等方式，例如，可以各液体阻尼器1顶部和底部的侧面均设置有一圈凸缘，然后通过螺栓对相邻的两凸缘进行固定。

但由于螺栓连接属于刚性连接，所以，如果长时间受到振动的影响，螺栓可能会发生断裂。

为了避免这种情况，多液体阻尼器1之间可通过柔性的绳带7进行绑定及加固。

如图2和图3所示，在本实施例中，筒体2的外表面可设置有若干个凹槽6。凹槽6与筒体2两者的长度方向一致，且两者长度大小可相同。

在这之中，有四个凹槽6是用于嵌入绳带7。这四个凹槽，相邻两者之间彼此间隔90°。其中，在图3所示的视角中，这四个凹槽6呈十字分布。

参照图7，三个液体阻尼器1通过绳带7绑定在一起，其中，绳带7可嵌入在对应的凹槽6中。在安装绳带7前，需要调整液体阻尼器1之间的相对位置，使得相邻的两液体阻尼器1上相互对应的两个凹槽6处于同一直线上，之后，将绳带7嵌入到相应的凹槽6中，再通过对绳带7打结等方式使叠加后的若干液体阻尼器1固定在一起，由此实现多液体阻尼器1之间在轴向及径向上的双重固定。

本实施例中所提出的液体阻尼器1属于一种被动的减振装置。其中，液体阻尼器1的使用及原理大致如下：

需将液体阻尼器1的筒体2安装在需要减振的结构上，当结构受荷载作用产生振动时，筒体2内的液体发生振荡，液体振荡产生的水压力作用于刚性容器壁并传播到结构上，从而对结构运动产生影响。在这过程中，利用到阻尼液3的耗能作用和惯性吸振作用，由此达到减小结构振动的目的。

多个叠加组合的液体阻尼器1，彼此间固定后可视为一个整体。当发生振动之后，各液体阻尼器1内部阻尼液3晃动所产生的作用力可视为内力。由于阻尼液3为流体，所以，各个液体阻尼器1中阻尼液3的振荡并不会同步，如此，各个液体阻尼器1之间便会产生相互作用力，由于液体阻尼器1通过绳带7固定在一起，所以各个液体阻尼器1之间的作用力便会作用于绳带7上，从而使得绳带7也能吸收部分振动，由此提高了减振的效果。

液体阻尼器1在安装时，需竖直设置。当高耸结构发生振动时，不同高度位置的液体阻尼器1内的阻尼液3振荡的效果是不同，为了获得最佳的减振的效果，可以通过调整相应高度位置的筒体2内的阻尼液3的含量来改善减振的效果，如此，在调节减振的效果上，具备很强的灵活性和可调节性。

用户可以根据实际情况，调节阻尼液3的用量及选择需添加阻尼液3的筒体2，从而避免造成不必要的浪费。

相较于单个调液质量阻尼器，由若干个液体阻尼器1叠加组合形成的减振单元，具有灵活度更高及调节的阻尼范围更大等优点。其中，所处的高度越高，液体阻尼器1中阻尼液3的振荡效果越大；在一定范围内，液体阻尼器1中的阻尼液3的体积越多，减振效果越好。

如图5所示，为了提高减振的效果，筒体2内部的侧面上可设置有侧面凸起8。

进一步地，如图4和图6所示，筒体2内部的底面上可设置有底面凸起9。

当外部载荷激发液体阻尼器1工作时，筒体2内部的阻尼液3便会晃动，同时，阻尼液3的表面会形成波浪。晃动的阻尼液3和表面的波浪对筒壁产生动压力差及惯性力，此时，侧面凸起8可破碎振动引起的波浪、减小振动引起漩涡等，使桶内的水快速的平复，达到增加消散水的能量的作用，与此同时，底面凸起9能有效消耗掉振动引起的水的势能，加强减振作用。

侧面凸起8及底面凸起9的形状、数量及位置可以根据需要进行设置。

在本实施例中，侧面凸起8可设置为柱状，其高度可与筒体2的高度一致，如此，不论筒体2内的阻尼液3容量多少，侧面凸起8均能起到作用。其中，侧面凸起8数量可设置为十二个，为使结构更加对称，侧面凸起8可关于筒体2的中心线呈环形阵列分布。

为了降低制造的成本，侧面凸起8可与筒体2的外表面的凹槽6一一对应，即凹槽6的数量也设置为十二个。在加工过程中，当凹槽6达到一定深度时(超过筒体2的壁厚)，便会在体内部的侧面上形成对应的侧面凸起8。在安装绳带7时，可以选择其中呈十字分布的凹槽6。

在本实施例中，底面凸起9可设置为圆台形或圆锥体形。底面凸起9的数量为多个，且布满筒体2内部的底面，其中，任意两个相邻底面凸起9之间的距离均相等。

阻尼液3对于减振十分重要。在本实施例中，阻尼液3可采用乙二醇类、丙二醇类等粘度大于水的粘度的液体。粘度大的液体阻尼大，减振效果明显。

由于液体阻尼器1所处的环境相对比较恶劣，为避免低温导致阻尼液3凝固，阻尼液3中可加入有防冻剂。

如图1所示，筒体2上可设置有注液口10，注液口10可设置于筒体2中部靠上的位置。其中，通过注液口10可以向筒体2内部注入阻尼液3及防冻剂等。

注液口10上可设置有堵盖，通过堵盖可以封堵住注液口10，避免阻尼液3泄露。其中，堵盖可通过螺纹密封连接的方式与注液口10相连。

在本实施例中，筒体2可采用透明塑胶轻质材料，例如高密度聚乙烯等材料制成。为了降低制造成本等，通常筒体2的厚度可以设置在0.5cm左右。

由于筒体2为透明色，所以，可以方便用户观察筒体2内部阻尼液3的情况。为了更加清楚的看到筒体2内部的情况，在加工筒体2时，材料中加入相应的色素，其中，色素的颜色与阻尼液3的颜色不同。

考虑成本，用户还可以通过在阻尼液3中加入相应的色素，由此来改变阻尼液3的颜色，从而使得阻尼液3与筒体2的之间产生明显的色差。

进一步地，筒体2的侧面可设置有刻度线。如此，用户便可以根据需要准确的控制阻尼液3的添加量。

为了方便搬运及移动，筒体2的外侧面可设置有凹陷式的把手11。

采用轻质材料制成的筒体2，质量会比较轻，这样可以有效地降低运输及搬运的难度和成本，但这样也会导致其强度比较小。

为了防止挤压或碰撞导致筒体2破裂或变形，筒体2的顶面上设置有用于提高强度的凹孔12。

通过设置凹孔12使得筒体2顶面的局部位置发生突变。当受到一定程度的外力作用时，凹孔12可以有效地吸收及缓冲该作用力，从而避免筒体2出现破损及变形的情况。

如图1所示，在本实施例中，筒体2的顶面上设置有五个凹孔12。其中，位于中心位置的凹孔12呈圆形，其余四个腰形的凹孔12关于该圆形的凹孔12呈环形阵列分布。

在其他实施例中，凹孔12的形状及位置还可以根据需要进行设置。

筒体2安装的位置比较高，昼夜温差的变化可能导致筒体2发生一定程度变形，而通过设置凹孔12也能有效的解决这一问题。

相应的，筒体2的外表面设置的凹槽6，也能有效地提高筒体2的强度。

为更好地保护筒体2，并降低振动过程中所产生的噪音，筒体2的底部设置有减震件。其中，为了方便组装及降低成本，一般情况下，减震件可以只设置在位于最下方的筒体2的底部。

优选地，减震件可采用减震垫。其中，减震垫可采用硅胶、橡胶等材料制成。

本实施例中所提出液体阻尼器1的具有灵活、组装方便等优点。用户可以根据需要将若干个液体阻尼器1叠加放置，同时，液体阻尼器1的组装、维护及更换的成本都十分低廉。

在加工制作时，筒体2只需要采用统一的尺寸即可，无需设置多种不同的尺寸规格，具备很强的通用性。同时，由于筒体2尺寸统一，所以，还能够有效地降低制造及运输的成本。

筒体2可采用注塑等工艺进行加工。筒体2的尺寸越大就会导致加工成本越高，所以，为了降低开模及制造的成本，筒体2的尺寸可设置在一定范围之内。其中，在针对不同高耸结构时，只需选用相应数量液体阻尼器1进行组装即可。

在本实施例中，筒体2为一体式结构，筒体2的各面一体式成型。其中，第一嵌合部4、第二嵌合部5、凹槽6、侧面凸起8、底面凸起9、注液口10、把手11和凹孔12均随筒体2一体式成型。

由于采用一体式结构，所以，筒体2加工的成本会更低。同时，成型成型的筒体2，具备更好的强度及减振性能。

在本实施例中，还提出了一种风力发电机塔筒13，包括上文中的液体阻尼器1。

如图8所示，风力发电机塔筒13内可设置有九个液体阻尼器1。其中，参照图7，每三个液体阻尼器1可以相互叠加并组成一组减振单元。

风力发电机塔筒13内可设置有放置平台，将三组减振单元放置在靠近塔筒内壁的位置，然后，利用多根绳索14将三组减振单元收拢并绑缚在塔筒内壁的上。其中，绳索14的两端与塔筒内壁固定连接。

绳索14可通过打结、焊接、射钉、磁吸等方式进行固定。其中，绳索14可采用钢丝绳，亦或两端设置有金属件的柔性绳。

除了风力发电机的塔筒外，该液体阻尼器1还适用于通信塔、烟囱等高耸结构。

在本实施例中，还提出了一种风力发电机，包括设置有液体阻尼器1的风力发电机塔筒13。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。