专利名称：具有摆动阻尼装置的风轮机支撑塔的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于支撑风轮机的塔，该塔被配置为当经受由例如风引起的运动 时抑制其运动。
背景技术：
风力发电机叶片的元件的暴露和运动容易引起风力发电机塔的运动。这种运动会 使塔以不期望的可能结果进行振动。已知这种振动可能最终导致风力发电机塔的结构失 效。因此，已知在风力发电塔内悬挂块状物以抑制振动。在使用过程中，悬挂的块状物移动 并像钟摆一样往复，这样做就抑制了塔的振动。根据对风力发电塔的振动特性的研究，本发明得出对振动抑制的已知方法缺点的 评价。因此，本发明的目的在于提供一种被配置为支撑风轮机的塔，该塔被配置成为塔 的振动提供改进的抑制作用。
发明内容
考虑到上述问题做出本发明。因此，根据本发明的第一方面，提供了一种被设置为 支撑风轮机的塔，该塔包括块状组件(mass assembly，或质量组件)，通过悬挂装置从塔 上悬挂下来，使得块状组件可以相对于塔往复运动；以及至少一个连接装置，机械地连接至 块状组件和塔，连接装置可用于在块状组件往复运动时结合块状组件和塔之间的能量。发明人的研究揭示出塔趋于显示许多形式的振动。第一种形式的振动通常被称为 第一弯曲模式振动。第二种形式的振动通常被称为第二弯曲模式振动。第一和第二弯曲模 式振动是对其上支撑有塔的本体(例如，地面)的振动的主要贡献方。在特定环境中，在特 定位置(例如，在地震活动监控站的附近)是不期望具有第二弯曲模式振动的。本发明的 发明人已经发现，上述已知抑制方法通常在抑制第一弯曲模式振动时是有效的，但是在抑 制第二弯曲模式振动时通常不太有效果。发明人提出了对这种方法的解决方案从塔上悬 挂块状组件并提供至少一个连接装置，该连接装置机械地连接至块状组件和塔。在使用中， 块状组件往复运动，并通过连接装置在块状组件和塔之间结合块状组件的能量，从而消弱 了塔的第二弯曲模式振动。本发明的发明人意识到可通过悬挂的块状组件且不需要至少一个连接装置来抑 制第二弯曲模式振动。然而，在特定塔中应用本方法需要在塔的顶部附近悬挂块状组件是 行不通的。与其他情况相比，使用根据本发明的至少一个连接装置可以允许块状组件与塔 的顶部进一步隔开。因此，更具体地，塔可以被配置为使得块状组件与塔的顶部隔开。
塔可以被配置为使得至少一个连接装置在与悬挂装置连接至塔的位置相隔开的 位置处连接至塔。可选地或除此之外，块状组件可以被定位于远离塔的顶部至少基本为塔长度的10%。更具体地，块状组件可以被定位于远离塔的顶部至少基本为塔长度的25%。更具体地，块状组件可以基本被定位于塔下方的一半。可选地或除此之外，块状组件可以被定位于用于特定振动模式的通常接近塔的腹 点(anti-node)。特定振动模式可以是期望通过块状组件消弱的振动模式。更具体地，塔可以被配置为使得块状组件基本悬挂在塔的中间。中间点被确定为 特定塔中的第二弯曲模式的腹点。可选地或除此之外，塔可以包括彼此隔开的多个连接装置。更具体地，连接装置可在塔的周围(例如，在塔的内部周围)彼此隔开。可选地或除此之外，连接装置可被设置为使得它们基本位于与塔的纵轴正交的平 面中。可选地或除此之外，塔可包括多个连接装置，每个装置都沿着各自的方向进行操 作，这些方向彼此交叉。更具体地，塔可包括在塔周围彼此均等隔开的三个连接装置。连接 装置的这种设置可以沿两个相互正交的轴提供抑制。因此，在塔暴露给风时，不管风向如何 都可以有效抑制。更具体地，塔可包括在塔周围隔开的六个连接装置。已经发现六个连接装置在提 供抑制时尤其有效，而无论风向如何。将连接装置的数量增加到六个以上会提供性能改善 的递减率。可选地或除此之外，块状组件可悬挂在塔内。可选地或除此之外，块状组件可通过至少一个加长件(其构成或包括在悬挂装置 中)来悬挂。更具体地，加长件可包括易弯曲的加长件，诸如钢缆。可选地或除此之外，块状组件可通过三个加长件来悬挂。更具体地，三个加长件可以连接至块状组件的对应位置，在块状组件上这些对应 位置彼此隔开。更具体地，块状组件是圆柱形式，这些对应位置基本上彼此均等隔开。可选地或除此之外，连接装置可包括偏置(biasing)装置，其被配置为在块状组 件和塔之间施加弹簧偏压。更具体地，偏置装置可包括诸如螺旋弹簧的弹簧。可选地或除此之外，偏置装置可包括弹性件。例如，弹性件可以至少部分由橡胶形 成。可选地或除此之外，连接装置可包括阻尼装置，其被配置为抑制块状组件相对于 塔的运动。更具体地，阻尼装置可以是粘性阻尼装置。例如，粘性阻尼设备可以是小型减震器，诸如英国牛通维勒斯的ACE Controls International的MC 150。可选地或除此之 夕卜，阻尼装置可以是橡胶缓冲器。例如，阻尼装置可以是英国牛通维勒斯的ACE Controls International 的 34-14TA TubusDamper0可选地或除此之外，连接装置可以连接至以下中的至少一个块状组件和塔的表 面。连接装置可通过以下方式的至少一种来连接螺纹连接和焊接。
在特定实施例中，连接装置可被配置为在塔和块状组件之间施加偏压，并抑制块 状组件和塔相对于彼此的运动。更具体地，连接装置可由诸如橡胶的弹性材料形成，弹性材料具有预定的弹簧常 数和预定的阻尼系数。根据一个实施例，塔可包括支撑组件，其刚性地连接至塔的内部(例如，在中央塔凸缘)，支撑组件经由至少一个连接装置机械地连接至块状组件。更具体地，支撑组件可在块状组件下方设置在塔中。可选地或除此之外，当在塔中向下看时，支撑组件可具有三角形轨迹。可选地或除此之外，支撑组件可包括框架和在框架上支撑的平台。平台可用于安 装和维护操作。可选地或除此之外，支撑组件可被配置为改变支撑组件的弹簧常数。更具体地，支撑组件可包括至少一个拉紧装置，其用于改变支撑组件上隔开的位 置之间的张力。更具体地，拉紧装置可用于改变朝向支撑组件的顶部和第一侧面的第一位置与朝 向支撑组件的底座和第二相对侧面的第二位置之间的张力。可选地或除此之外，支撑组件可包括多个拉紧装置，每一个都用于沿着各自的方 向改变张力，各个方向相互交叉。可选地或除此之外，拉紧装置可包括诸如钢缆的可弯件以及用于调节可弯件的长 度的长度调节装置。可选地或除此之外，连接装置可包括多个偏置装置，每一个都在各自的方向上进 行操作，这些方向相互交叉。更具体地，连接装置可包括第一和第二偏置装置，用于在第一和第二相反方向上 进行操作；以及第三和第四偏置装置，用于在第三和第四相反方向上进行操作，第一和第二 相反方向基本垂直于第三和第四相反方向。可选地或除此之外，连接装置可包括多个阻尼装置，每一个都在各自的方向上进 行操作，这些方向相互交叉。更具体地，连接装置可包括第一和第二阻尼装置，用于在第一和第二相反方向上 进行操作；以及第三和第四阻尼装置，用于在第三和第四相反方向上进行操作，第一和第二 相反方向基本垂直于第三和第四相反方向。可选地或除此之外，连接装置的第一端可安装在第一构件上，第一构件沿着塔在 纵向上从支撑组件开始延伸，连接装置的第二相对端可安装在第二构件上，第二构件沿着 塔在纵向上从块状组件开始延伸。可选地或除此之外，块状组件可包括限定孔并具有三角形轨迹的块状支撑结构。根据另一个实施例，块状组件可包括被配置为安装在塔内的块状支撑结构，块状 支撑结构用于限定孔。更具体地，块状支撑结构可包括以下中的一个环形结构；以及三角形结构，当在 塔中向下看时具有三角形轨迹。更具体地，环状结构可被配置为滑动配合到塔内。更具体地，环状结构的外表面可与塔的内表面隔开大约100mm。
可选地或除此之外，当使用并从下方看时，环状结构可具有管状轨迹。可选地或除此之外，块状组件可包括多个例如由混凝土形成的在块状组件周围间 隔开的块状件。可选地或除此之外，块状组件可包括至少一个锁紧件，用于支撑多个块状件。更具体地，块状组件可包括第一和第二锁紧件，第一锁紧件被设置成，使得在使用 中，多个块状件靠在第一锁紧件上，第二锁紧件靠在多个块状件上。可选地或除此之外，至少一个锁紧件可以通常为环形。更具体地，至少一个锁紧件可限定至少部分地朝向锁紧件的外边缘的开口，开口 的尺寸形成为例如在塔的内表面和块状组件的外表面之间人能够通过开口。因此，例如为 了维护的目的，可以超过块状组件获得对塔的上游的接近。可选地或除此之外，连接装置可从与塔的表面相对的块状组件的表面延伸。可选地或除此之外，连接装置可被设置为朝向块状组件的地面接近端。根据又一实施例，块状组件可包括圆柱结构以及从圆柱结构的外表面呈放射性 (或径向)延伸的多个隔开的间隔件。更具体地，间隔件的尺寸和圆柱结构的尺寸可以使得人能够在塔的内表面和圆柱 结构的外表面之间通过以及在相邻隔开的间隔件之间通过。因此，例如为了维护的目的，可 以超过块状组件获得对塔的上游的接近。可选地或除此之外，至少一个连接装置可被设置为朝向各个间隔件的末端。可选 地或除此之外，塔可被配置为由地面支持。可选地或除此之外，塔可以是自立式的。可选地 或除此之外，塔可以基本呈圆柱形。可选地或除此之外，塔可以沿着其长度的实际部分为管 形。塔可以被配置为使得块状组件的阻尼特性可通过改变塔的弹簧部件来改变。更具 体地，塔可以被配置为使得在不改变块状组件的质量的情况下来改变阻尼特性。根据本发明的第二方面，提供一种包括根据本发明第一方面的塔的风轮机设备。第二方面的实施例可包括本发明第一方面的一个或多个特征。根据本发明的又一方面，提供了一种基本为圆柱形的塔，其从地面开始向上延伸， 塔包括块状组件，通过悬挂装置从塔上悬挂下来，使得块状组件可以相对于塔往复运动； 以及至少一个连接装置，机械地连接至块状组件和塔，连接装置可用于在块状组件往复运 动时将来自块状组件的能量结合到塔上。本发明又一方面的实施例可包括本发明先前方面的一个或多个特征。
将仅通过实例和参照附图来描述本发明的实施例，在附图中
图IA和图IB分别示出了包括本发明的风力发电机的侧视图和主视图；图2示出了图1的风力发电机的垂直振动的频谱；图3示出了根据本发明的块状组件的第一实施例；图4示出了图3所示块状组件的一部分的透视图；图5提供了图3所示块状组件的分解图；图6示出了根据本发明的块状组件的第二实施例；
图7示出了根据本发明的在不同阻尼等级处的塔振动的频谱；图8示出了根据本发明的块状组件的第三实施例；图9示出了第三实施例的支撑组件；图10提供了第三实施例的块状组件的底部视图；图11示出了第三实施例的连接装置；图12是第三实施例的弹簧常数的模型；以及图13示出了无阻尼塔中和根据第三实施例有阻尼的塔中用于塔振动的频谱。
具体实施例方式在图IA和图IB中分别示出风力发电机10(其组成风轮机)的侧视图和主视图。 风力发电机10包括通过地面16上的底座14所支撑的塔12。塔12在其远端处支撑舱室 18。舱室18容纳有驱动轴、齿轮箱、发电机、偏航系统、支撑制动装置和液压装置。风力发 电机的转子20 (包括叶片)通过驱动轴连接至轮毂(未示出)。在该实施例中，转子20、轮 毂、舱室18及其部件的总重约为140吨。塔12的高度为60m并具有109吨的重量。转子 20具有80m的翼展，使得转子的旋转覆盖5026m2的面积。由混凝土形成的底座14为15m 的正方形且高度为3m。根据配置，底座的至少一部分延伸到地平面下方。图IA和图IB还 示出了本发明实施例的部件，这些部件在其他图中详细示出并且在下面进行更加详细的描 述。实施例的部件包括块状组件22，其通过三条钢缆24从舱室18开始悬挂在塔12的内 部。支撑组件26在中间塔凸缘(未示出)处连接到塔12的内部。支撑组件26和块状组 件22通过三个连接装置(未示出)(下面参照图8至图10详细描述)机械连接。在图IA 和图IB中没有示出塔12的上半部，以提供实施例的部件的视图，实际上，塔从中间塔凸缘 一直延伸到舱室18。图2示出了图1所示风力发电机10的垂直振动的频谱。使用放置在底座14、底座 上方30. 4m处的凸缘上以及舱室18里的Syscom MS2003三维检波器来测量频谱。通过同 步操作的数据记录器来记录检波器得到的测量值。在测量周期期间，平均风速为4. Sms—1。 从图2可以看出，0. 5Hz处的大峰值对应于塔12的第一弯曲模式。4Hz和5Hz之间的宽峰 对应于塔的第二弯曲模式。如上所述，第二弯曲模式会引起不期望的地面振动。宽峰包括 4. 07Hz和4. 6IHz处的辅助峰(subsidiary peak)。应该理解，由于舱室18的轴的非对称性 而产生两个辅助峰。更具体地，舱室18的重量在垂直于塔12的纵轴的方向上延长。4. 07Hz 处的第一辅助峰对应于沿着舱室长度方向的弯曲模式振动。4. 61Hz处的第二辅助峰(其小 于第一辅助峰)对应于横跨舱室宽度的弯曲模式振动。第一和第二辅助峰的第二弯曲模式 的腹点在底座14上方35m。下面的表格示出了当在底座上方30. 4m的凸缘处进行测量时在4. IHz处的振动幅 度。
表格风速为4. 8ms—1、rms形式的4. IHz、30. 4m处的被测振动
从上表可以看出，最大的位移为0. 0225mm rms，其等效于0. 0663mm的峰间值。本实施例的风力发电机(Nordex N80风轮机)在可达Ζδπ Γ1的风速下进行操作。 假设空气阻力以风速的平方增加，最大运行风速下风力发电机上的力大约是上表图中反映 的力的30倍。在下表中给出可在Ζδπ Γ1的风速下期望的幅度的估计值。 表格风速为ZSms-1J. IHz,30. 4m处的估计振动幅度因此，当风力发电机在Ζδπ Γ1运行时，第二弯曲模式振动的峰间幅度约为1. 8mm。图3示出了根据本发明第一实施例的块状组件40。块状组件40通常为环形，使 得当从上或从下看时其具有管状轨迹。块状组件40包括三个由混凝土形成的块状件42。 在使用中，每个块状件都沿与塔12的纵轴相同的方向延伸。相邻的块状件42彼此均等隔 开，使得在使用中，它们在塔12的内表面周围延伸。块状件42靠在第一锁紧件44并与其 连接。第二锁紧件46靠在块状件42上并与其连接。三个突出部48连接至第二锁紧件46 的上表面。每个突出部48都限定了一个开口，通过该开口来容纳钢缆50的段(length)以 确保钢缆到块状组件40的长度。钢缆50段的相对端(未示出)连接到图1的塔12内部 的上端，使得块状组件悬挂在塔的内部。六个连接装置52连接至第一锁紧件44的下侧，使 得每个连接装置都延伸到第一锁紧件44的外边缘的外部。第二锁紧件46被成形，使其与 塔的内表面一起限定一个开口 54，该开口具有足够的尺寸以允许人通过。图4更加详细地示出了第一锁紧件44。从图4可以看出，连接装置52在锁紧件 44的周围彼此隔开，使得相邻的连接装置彼此均等隔开。连接装置包括诸如螺旋弹簧的弹 簧以及粘性阻尼装置。阻尼装置减小了块状组件碰撞塔的内表面的可能性。下面更加详细 地描述弹簧和阻尼装置的特性。在另一种形式中，连接装置包括弹性材料，其用于根据下述 特性来提供弹簧偏压和阻尼。这种弹性材料的设计是涉及本领域技术人员公知技术的常规 问题。图5是图3的块状组件40的分解图。通过相同的参考标号来设计与图3和图4 相同的部件。可以看出，每个块状件42都包括多个混凝土块60。混凝土块通过钢条62(其 穿过形成在混凝土块中的开口延伸)连接至第一和第二锁紧件44、46。钢条62的端部连接 至第一和第二锁紧件44、46。如图5所示，块状组件40可包括至少一个附加组件64，该附 加组件包括块状件42和锁紧件44、46，这些部件彼此首尾相连。因此，可以改变块状组件 40的重量。图3所示的块状组件具有大约5吨的重量，并且图5所示的双倍块状组件具有 大约10吨的重量。在图6中示出了第二实施例的块状组件80。除以下描述的内容之外，块状组件80 与图3至图5所示的块状组件具有相同的形式和功能。块状组件80包括圆柱体82。六个 加长间隔件84从圆柱体82的外表面径向延伸。相邻的间隔件84彼此均等隔开。间隔件 84和圆柱体82相对于彼此进行尺寸设置，使得当使用块状组件时，人可以在相邻的间隔件 84之间、圆柱体82和塔12的内表面之间通过。上述连接装置(未示出)连接至每个间隔件的末端。根据公知设计以及构造原理和实际情况，间隔件84和圆柱体82由适当材料(诸如混凝土和金属)形成。如上面第一实施例所述，第二实施例的块状组件80通过三条钢缆 50从塔12悬挂下来。现在描述第一和第二实施例的操作。如上所述，块状组件40、80通过塔12内部的 钢缆悬挂。钢缆限制但不抵抗块状组件40、80在塔内的往复运动。悬挂块状组件40、80，使 得连接装置设置在底座14上方大约35m处塔12中。块状组件用于抑制4. 07Hz和4. 6IHz 处的第二弯曲模式峰。因为两个模式峰共享腹点，所以这是可行的。此外，增加每个连接装 置的阻尼装置的阻尼系数以减小块状组件的q因数，以使其衰减单个频率不太有效，同时 增加振动衰减发生的带宽。使用有限元计算机建模来得到本发明的性能，并且现在将描述被开发的弹簧和阻 尼特性。连接装置的弹簧被模拟为杆，其具有0.01m2的截面积，并且它们的杨氏模量发生 变化以改变弹簧常数。通过基于弹簧系统的简谐运动选择块状组件40、80的总弹簧常数K 和目标频率f来确定杨氏模量K = 4 π 2f2m当所有的六个径向弹簧并联作用时，该总弹簧常数被认为是弹簧常数。对于所有 弹簧均具有相同的初始长度L且调谐块相对于塔壁的运动Δχ较小时所使用的径向几何形 状来说，各个弹簧的弹簧常数k与总弹簧常数的关系为 其中， α是各个弹簧之间的径向角(60° )。当Δχ < L时，等式对Δ χ的变化不敏感。然后，每个弹簧的杨氏模量被计算为
E=KL/A
其中，A是用于模拟弹簧的杆的截面积。使用块状组件40、80，使得在腹点处操作的连接装置增加了第二弯曲模式的模态 质量并减小了弯曲模式的共振频率。在下表中示出了与不同尺寸的块状组件40、80相关的 第二弯曲模式的4. 07Hz和4. 61Hz峰值的频率的变化。 表格与块状组件的重量相关的共振频率的变化如上所述，连接装置的阻尼器减小了块状组件40、80的q因数。阻尼的增加减小了目标频率处的衰减，但增加了块状组件40、80有效的频率带宽。q因数的减小还减小了目标 频率两侧的两个新谐振的幅度。在图7中示出了这种性质，其示出了对于无阻尼塔以及用 弱阻尼5吨块状组件、强阻尼5吨块状组件和强阻尼10吨块状组件所阻尼的塔，相对于0至 9Hz范围上的频率的位移。在4至5Hz范围上提供最佳衰减的瑞利阻尼(RaleighDamping) 系数为dM = 5且dK = 0. 1。这在4. IHz处提供了 0. 722的有效q因数。在下表中示出了对于各种质量和瑞利阻尼系数的地面振动的减小。在该表格中， ζ从地面垂直向上，χ平行于风向。衰减根据块状组件40、80的重量而增加。 表格在4至5Hz频率范围上对于不同阻尼特性的衰减。衰减率被视为由与未改 进的发电机相比的改进发电机所产生的地面振动。在下表中提供了根据本发明的对于5吨和10吨的块的关键参数。 在图8中示出本发明的第三实施例100。实施例100包括块状组件102，其通过三 条隔开的钢缆104从塔(未示出)顶部的凸缘103上开始悬挂。该实施例还包括支撑组件 106，其刚性地连接至中间塔凸缘108 ；下面参照图9更加详细地描述支撑组件。如上面参 照图IA和图IB所示，支撑组件106和块状组件102通过三个连接装置(未示出)机械连接。从图9中可以理解，当在塔中从上方或下方看时，块状组件102具有三角形轨迹。 块状组件102包括由混凝土形成的三个块状件110，每一个块状件都形成三角形块状组件 的相应侧面。当使用时，每个块状件在与塔的纵轴相同的方向上延伸。每个块状件110都靠在第一锁紧件112上并与其连接。第二锁紧件114靠在每个块状件110上并与其连接。每 个块状件110都包括多个混凝土块。混凝土块通过钢条(其穿过形成在混凝土块中的开口 延伸)连接至第一和第二锁紧件112、114。钢条的端部连接至第一和第二锁紧件112、114。 三个突出116连接至第二锁紧件114的上表面。每个突出部116都限定了一个开口，通过 该开口来容纳钢缆104的端部以确保钢缆到块状组件102。在图9中更加详细地示出支撑组件106。支撑组件106包括由适当材料(诸如钢)的加长部分形成的框架120。框架120包括三个纵长段(length)材料122，它们彼此隔开 且通常相对塔沿纵向方向延伸。框架还包括三组三个间隔段材料124，每一组都连接相邻的纵长材料。纵长段材 料122的底端连接至中间塔凸缘126。支撑组件106还包括平台128，其被配置为提供可在 其上执行安装和维护操作的安全区域。平台128支持在连接至框架120的交叉的侧向支座 130的配置上。安装板132在每个纵长段材料122的顶端处连接至框架120。如以下所描 述的，连接装置连接至每个安装板132。从图9可以看出，支撑组件106包括三个拉紧装置134。每个拉紧装置134都包 括钢缆，其一端连接在纵长段材料122的底端，另一相对端连接至侧向支座130，使得钢缆 通常从框架的一侧延伸到另一侧。三个拉紧装置134被配置为使得它们的钢缆在框架中心 交叉。每个拉紧装置的钢缆的拉力通过两个长度调节装置来改变。每个长度调节装置都包 括螺纹配置等，其用于改变钢缆的有效长度。如以下所描述的，拉紧装置用于改变支撑组件 106的弹簧常数。图10提供了图8所示第三实施例的块状组件102的底部视图。从图10可以看出， 三个连接装置140被安装在第一锁紧件112底侧上的隔开位置，使得三个连接装置140形 成三角形的点。在图11中示出了连接装置150。连接装置包括四个隔开的支持件152，其连接至 支撑组件106(未示出)上的安装板132(未示出)并从其向上延伸。连接装置还包括块状 件154，其连接至块状组件102 (未示出)上的第一锁紧件112(未示出)并从其向下延伸。 块状件具有正方形的截面。连接装置150还包括四个诸如螺旋弹簧的弹簧(每个都构成偏 置装置)154。每个弹簧154的一端连接至块状件154的对应表面。每个弹簧154的另一相 对端都连接至各个支持件152的表面。连接装置150还包括四个阻尼装置156，诸如英国 牛通维勒斯(Newton-Ie-Willows)的 ACE ControlsInternational 的 Tubus TA34—14。每 个阻尼装置156的一端都连接至块状件154的对应表面。每个阻尼装置156的另一相对端 都连接至各个支持件152的表面。与阻尼装置156相比，弹簧154被设置得更接近块状组 件102。参照图10，可以理解，具有六对相对弹簧和六对相对阻尼器，每对之间的径向角为 60° 。从图8至图10以及相关描述可以理解，块状组件102和支撑组件106根据部件宽 度被组装，使得它们的通道通过小开口(诸如塔12的底部的检修门)。因此，这些部件可以 穿过门，并且在升到塔中的期望位置之前，块状组件102和支撑组件106在塔12的底部被组装。在图12中提供了第三实施例的弹簧常数的模型170。块状组件由参考标号172 表示，以及塔由参考标号174表示。连接装置的弹簧和阻尼装置的弹簧常数(springconstant) 176并联操作，提供了弹簧和阻尼装置的组合弹簧常数。支撑组件178的弹簧常数与弹簧和阻尼装置的组合弹簧常数串联，以提供本实施例的总的弹簧常数。在图12中表 示弹簧和阻尼装置的对应弹簧常数176以及支撑组件的弹簧常数178的组合。在使用中，通过为块状组件的给定质量m选择总的弹簧常数K，本实施例被调谐到 目标频率f :K = 4 π 2f2m如上所述，总的弹簧常数是弹簧的弹簧常数与起作用的支撑组件的弹簧常数的组 合。从图10中可以理解，具有被配置为彼此为60°的六组弹簧和阻尼器，每一组都包括两 个弹簧和两个阻尼装置。用于块状组件的任何水平运动的弹簧和阻尼装置的组合弹簧常数 Ksd为弹簧Ks和阻尼装置Kd的弹簧常数的总和，对它们的径向配置进行调节KSD ≈ 4 (2KS+2KD)弹簧和阻尼装置为本实施例提供了未加工(crude)、初始的弹簧常数。通过改变拉 紧装置134的钢缆的拉力来修改支撑组件的弹簧常数，以提供对总弹簧常数的精细调节， 从而将本实施例调谐到目标频率。调节钢缆中的张力，直到支撑组件的弹簧常数Ksa为 因此，在工作实施例中，对于将被调谐到4. 3Hz的5700kg的质量，所需的总弹簧常 数为4. 1607E7N/m。如果使用弹簧常数为3. 20E6N/m的弹簧和弹簧常数为6. 36E6N/m的阻 尼器，则它们的组合弹簧常数为Ksd = 7. 648E6N/m。为了将装置正确地调谐到4. 3Hz，通过 支撑组件将支撑组件的弹簧常数调节到9. 125E6N/m。根据这个实施例，块状组件的周期基 本为10秒，以及连接装置的周期基本为0. 25秒。在图13中示出了无阻尼塔和根据第三实施例的带阻尼的塔中的塔振动的频谱。 第三实施例达到第二弯曲模式的幅度基本降低了 58%。
权利要求
一种塔，配置为支持风轮机，所述塔包括块状组件，通过悬挂装置从所述塔上悬挂下来，使得所述块状组件可相对于所述塔往复运动；以及至少一个连接装置，机械地连接至所述块状组件和所述塔，所述连接装置可用于在所述块状组件往复运动时结合所述块状组件和所述塔之间的能量。
2.根据权利要求1所述的塔，所述塔被配置为使得所述至少一个连接装置在与所述悬 挂装置连接至所述塔的位置相隔开的位置处连接至所述塔。
3.根据权利要求1或2所述的塔，其中，所述块状组件被定位于远离所述塔的顶部基本 至少为所述塔的长度的10%。
4.根据权利要求3所述的塔，其中，所述块状组件被定位于下降到所述塔的基本一半。
5.根据前述权利要求中任一项所述的塔，其中，所述块状组件被定位成通常接近用于 所述塔的特定振动模式的所述塔的腹点。
6.根据前述权利要求中任一项所述的塔，其中，所述塔包括在所述塔内部彼此隔开的 多个连接装置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的塔，其中，所述塔包括多个连接装置，每个装置都 沿着各自的方向进行操作，这些方向彼此交叉。
8.根据权利要求7所述的塔，其中，所述塔包括至少三个在所述塔的内部基本均等隔 开的所述连接装置。
9.根据前述权利要求中任一项所述的塔，其中，所述块状组件悬挂在所述塔内。
10.根据前述权利要求中任一项所述的塔，其中，所述连接装置包括偏置装置，所述偏 置装置被配置为在所述块状组件和所述塔之间施加弹簧偏压。
11.根据前述权利要求中任一项所述的塔，其中，所述连接装置包括阻尼装置，所述阻 尼装置被配置为抑制所述块状组件相对于所述塔的运动。
12.根据前述权利要求中任一项所述的塔，其中，所述连接装置连接至以下中的至少一 个所述块状组件和所述塔的表面。
13.根据前述权利要求中任一项所述的塔，其中，所述塔包括刚性地连接至所述塔的内 部的支撑组件，所述支撑组件经由所述至少一个连接装置机械地连接至所述块状组件。
14.根据权利要求13所述的塔，其中，所述支撑组件在所述块状组件下方设置在所述 塔中。
15.根据前述权利要求中任一项所述的塔，其中，所述支撑组件被设置成为所述支撑组 件的弹簧常数提供改变。
16.根据权利要求15所述的塔，其中，所述支撑组件包括至少一个拉紧装置，用于改变 所述支撑组件上隔开的位置之间的张力。
17.根据权利要求15或16所述的塔，其中，所述支撑组件包括多个拉紧装置，每一个都 用于沿着各自的方向改变张力，各个方向相互交叉。
18.根据前述权利要求中任一项所述的塔，其中，所述连接装置包括第一偏置装置和 第二偏置装置，用于在第一和第二相反方向上进行操作；以及第三偏置装置和第四偏置装 置，用于在第三和第四相反方向上进行操作，第一和第二相反方向基本垂直于第三和第四 相反方向。
19.根据前述权利要求中任一项所述的塔，其中，所述连接装置可包括第一阻尼装置 和第二阻尼装置，用于在第一和第二相反方向上进行操作；以及第三阻尼装置和第四阻尼 装置，用于在第三和第四相反方向上进行操作，第一和第二相反方向基本垂直于第三和第 四相反方向。
20.一种风轮机设备，包括根据前述权利要求中任一项所述的塔。
全文摘要
本发明涉及一种塔(12)，被配置为支撑风轮机(18，20)。塔(12)包括块状组件(22)，其通过悬挂装置(24)从塔(12)上悬挂下来，使得块状组件(22)可相对于塔往复运动。塔(12)还包括至少一个连接装置，其将块状组件(22)机械地连接至塔(12)，连接装置用于在块状组件(22)往复运动时结合块状组件和塔之间的能量。
文档编号F03D11/04GK101842588SQ200880113800
公开日2010年9月22日 申请日期2008年8月27日 优先权日2007年8月30日
发明者唐纳德·布莱克, 巴里·卡罗瑟斯, 布雷特·马莫, 查尔斯·科帕克斯, 约翰·保罗·麦考恩, 马克-保罗·白金汉 申请人:雷埃科泰克有限公司