专利名称：风力发电用风车的减震装置及风力发电用风车的制作方法
技术领域：
本发明涉及适于风力发电用风车的减震装置。
背景技术：
近年，为了谋求提高发电效率及增大发电量，风力发电用风车倾向于设计为轮毂高度(从地面至轮毂中心的高度)超过IOOm而成为大型设备。然而，轮毂高度超过IOOm的风力发电用风车，支柱(塔架)的一阶固有振动频率会与伴随旋翼头及风车旋转叶片的旋转产生的共振区域一致，从 而有可能大幅增大支柱的疲劳负荷。因此，为了降低支柱的疲劳负荷，必须增厚支柱的壁厚，这样就会存在支柱重量大幅增大的问题。于是，为了避免这样的问题，使用例如专利文献I公开的减震装置，即使支柱的一阶固有振动频率与伴随旋翼头及风车旋转叶片的旋转产生的共振区域一致，也能够降低相应的负荷。专利文献I :(日本)特开2008-31735号公报然而，在将专利文献I公开的减震装置适用于风力发电用风车的情况下，缓冲器(阻尼装置)的一端要固定到支柱的内壁面。因此，必须加固该支柱的内壁面，从而存在支柱重量增大的问题。此外，在将减震装置用于风力发电用风车的情况下，由于为了采用不损害美观的结构，并且必须设置在支柱内狭小的空间内，因此，需要尽可能使减震装置小型化。而且，在组装风力发电用风车时，随着在只完成支柱的阶段、在支柱的上端设置机舱的阶段、将旋翼头及风车旋转叶片安装到机舱而完成整体风力发电用风车的阶段，支柱的固有振动频率会发生相应变化(逐渐变小)。因此，优选的是使减震装置的固有振动频率发生相应变化。
发明内容
本发明就是鉴于这样的问题而提出的，其目的在于提供一种风力发电用风车的减震装置，其能够不增大支柱重量而设置在支柱内的狭小空间，并且能够使其固有振动频率发生变化。本发明为解决上述课题，采用如下手段。本发明提供一种风力发电用风车的减震装置，其被容纳并设置在风力发电用风车的支柱内部，其中包括振子、以及多个阻尼装置，所述振子具备摆动杆，其沿铅直方向延伸，并且经由第一万向节被悬吊在设置于所述支柱上部的梁上；凸缘部，其从所述摆动杆的上端部沿水平方向延伸至外侧；以及重锤，其被安装在所述摆动杆上，并且能够沿铅直方向进行升降；所述阻尼装置，其上端部经由第二万向节被安装在所述梁上，其下端部经由第三万向节被安装在所述凸缘部。根据本发明的风力发电用风车的减震装置，具有如下效果，S卩，能够增大支柱一次振动的阻尼，通过增大阻尼来抑制伴随风车旋转叶片的旋转产生的支柱一次的振动、振幅。由此，能够避免增大支柱重量，从而容易设计轮毂高度超过IOOm的风力发电用风车。此外，由于减震装置的一部分(例如，缓冲器(阻尼装置))没有被固定到支柱内壁面，因此，不需要加固该支柱的内壁面，从而能够避免增大支柱重量。而且，通过使重锤沿摆动杆的轴向升降，使减震装置的固有振动频率发生变化。即，当组装风力发电用风车时，对应于仅完成支柱的阶段、在支柱上端设置机舱的阶段、以及将旋翼头及风车旋转叶片安装到机舱从而完成风力发电用风车整体组装的阶段，使支柱的固有振动频率发生相应变化。由此，能够安全且迅速地组装风力发电用风车。在所述风力发电用风车的减震装置中，优选的是，至少包括两台具有所述振子和所述阻尼装置的振子式TMD，相邻的所述重锤彼此经由连结装置相互连结。
根据这样的风力发电用风车的减震装置，即使在构成一侧振子式TMD的阻尼装置的一部分或全部产生故障的情况下(不起作用的情况下)，也可以利用经由连结装置连结的另一侧振子式TMD来进行减震(经由连结装置41连结的另一侧振子式TMD18作为安全装置发挥作用)。由此，能够提高该减震装置的可靠性。在上述风力发电用风车的减震装置中，优选的是，所述梁是支撑设置在所述支柱最上部的顶层的梁。根据这样的风力发电用风车的减震装置，由于其被设置在最能够获得阻尼效果的位置，因此，能够实现该减震装置的进一步小型化。在上述风力发电用风车的减震装置中，优选的是，在所述顶层的正下且在作业人员能够对所述阻尼装置进行处理的位置设置维修层。根据这样的风力发电用风车的减震装置，能够容易且迅速地维修阻尼装置，从而能够提高维修的作业性。本发明提供一种风力发电用风车，其具备风力发电用风车的减震装置，所述风力发电用风车的减震装置能够不增大支柱重量而设置在支柱内的狭小空间，并且能够使其固有振动频率发生变化。根据本发明的风力发电用风车，能够应对轮毂高度超过IOOm的风力发电用风车的大型化。根据本发明的风力发电用风车的减震装置，具有如下效果，S卩，能够不增大支柱重量，其能够设置在支柱内的狭小空间内，并且能够使其固有振动频率发生变化。
图I是表示具备本发明一实施方式的风力发电用风车的减震装置的风力发电用风车的概要的侧视图，是从支柱的左侧观察的图。图2是表示具备本发明一实施方式的风力发电用风车的减震装置的风力发电用风车支柱内状况的剖面图，是从支柱的左侧观察的图。图3是表示本发明一实施方式的风力发电用风车减震装置结构的图。图4是放大表示图3要部的图。图5是用于说明配置在顶层下面的纵梁及横梁以及安装在这些梁上的万向节的位置关系的图，是从上方观察顶层的图。
图6是表示本发明一实施方式的风力发电用风车的减震装置整体结构的示意性立体图。图7是表示本发明一实施方式的风力发电用风车的减震装置整体结构的示意性图，是从支柱的前方观察的图。图8是图7的A-A向视剖面图。图9是放大表示连结装置要部的图，是从支柱的前方观察的图。图10是用于说明另一实施方式的配置在顶层下面的纵梁及横梁以及安装在这些梁上的万向节的位置关系的图，是从上方观察顶层的图。图11是用于说明另一实施方式的配置在顶层下面的纵 梁及横梁以及安装在这些梁上的万向节的位置关系的图，是从上方观察顶层的图。标记说明I-风力发电用风车3-支柱(塔架)11-减震装置(风力发电用风车的减震装置)12-顶层13-升降机停止层(维修层)15-横梁16-纵梁18-振子式 TMD21-振子22-液压缓冲器(阻尼装置)23-摆动杆24-凸缘部25-重锤31-(第一)万向节32-(第二)万向节33_(第三)万向节41-连结装置
具体实施例方式参照图I至图9来说明本发明一实施方式的风力发电用风车的减震装置。图I是表示具备本发明一实施方式的风力发电用风车的减震装置的风力发电用风车概要的侧视图，是从支柱的左侧观察的图；图2是表示具备本实施方式的风力发电用风车的减震装置的风力发电用风车的支柱内状况的剖面图，是从支柱的左侧观察的图；图3是表示本发明一实施方式的风力发电用风车的减震装置结构的图；图4是放大表示图3要部的图；图5是用于说明配置在顶层下面的纵梁及横梁以及安装在这些梁上的万向节的位置关系的图，是从上方观察顶层的图；图6是表示本发明一实施方式的风力发电用风车的减震装置整体结构的示意性立体图；图7是表示本发明一实施方式的风力发电用风车的减震装置整体结构的示意性图，是从支柱的前方观察的图；图8是图7的A-A向视剖面图；图9是放大表示连结装置要部的图，是从支柱的前方观察的图。如图I所示，风力发电用风车I具备竖立设置在地基2上的支柱(塔架)3、设置在支柱3上端的机舱4、能够绕大致水平轴线旋转地设置在机舱4的旋翼头5、以及围绕旋翼头5的旋转轴线呈放射状安装的多个例如三个风车旋转叶片6。于是，从旋翼头5的旋转轴线方向吹至风车旋转叶片6的风的力被变换为使旋翼头5围绕旋转轴线旋转的动力。在机舱4上部具有测定周边风速值的风速计7、测定风向的风向计8及避雷针(未图示)。虽然未图不,但在机舱4内部设置有经由与旋翼头5同轴的增速机与旋翼头5连结的发电机。即，通过由增速机使旋翼头5的旋转增速 来驱动发电机，从而由发电机获得发电机输出。如图2所示，本实施方式的风力发电用风车的减震装置(以下称为“减震装置”。)11设置成，例如，从支撑设置在支柱3内最上部的顶层12的下面14的横梁15及纵梁16(参照图3至图7)悬吊。其中，顶层12的下面14是指设置在顶层12的正下方的升降机停止层(维修层)13的顶板面。此外，图2中的标记17表示沿支柱3的高度方向(长度方向)横跨支柱3的最下部至最上部而设置的被称为“梯状部”的部分，使未图示的升降机在该梯状部17内部进行升降。如图6、图7所示，本实施方式的减震装置11具备多台(在本实施方式中为两台(两套))振子式TMD (Tuned Mass Damper :调谐质量阻尼器)18。各振子式TMD18具备一个振子21、以及多个(在本实施方式中为四个)液压缓冲器(阻尼装置)22。如图3、图4、图6、图7中的至少一图所示，振子21具备摆动杆23、凸缘部(锷部)24及重锤25。摆动杆23沿着支柱3 (参照图I、图2)的高度方向延伸。凸缘部24沿周从摆动杆23的上端部外表面(外周面)向径向外侧延伸(沿与摆动杆23的轴向(长度方向)正交的平面即水平面向外方延伸)。重锤25安装在摆动杆23，且构成为能够沿摆动杆23的轴向即铅直方向进行升降。此外，图3中实线所示的重锤25表示将振子长度(从万向节31的中心至重锤25的高度方向(在图3中为上下方向)中心的距离)设为3m的情况。此外，图3中的两点划线(假想线)所示的重锤25表示将振子长度(从万向节31的中心至重锤25的高度方向(在图3中为上下方向)中心的距离)设为7m的情况。如图5所示，构成一侧(左方)的振子式TMD18的摆动杆23经由(第一)万向节(自由接头)31而被悬吊。该万向节31被安装在横梁15的中央部下面，所述横梁15与沿着支柱3的高度方向延伸的支柱3的中心轴线正交，并且，沿着支柱3的横(左右)方向(图5中为左右方向)延伸且位于支柱3的左半部分(在图5中为左半部分)。此外，如图
5所示，构成另一侧(右方)的振子式TMD18的摆动杆23经由万向节31而被悬吊。该万向节31被安装在横梁15的中央部的下面，所述横梁15与沿着支柱3的高度方向延伸的支柱3的中心轴线正交,并且，沿着支柱3的横方向延伸且位于支柱3的右半部分(在图5中为右半部分)。在位于支柱3的左半部分的横梁15的中央部连接(接合)有在包含横梁15的平面内与横梁15连接地正交的纵梁16。此外，在位于支柱3的右半部分的横梁15的中央部连接(接合)有在包含横梁15的平面内与横梁15连续地正交的纵梁16。此外，在从位于支柱3的左半部分的横梁15的中央向左右方向等距离的位置的横梁15下面各自安装有一个(第二)万向节(自由接头)32，所述万向节32安装液压缓冲器22的上端部。在从位于支柱3的左半部分的横梁15的中央向纵(前后)方向(图5中为上下方向)等距离的位置的纵梁16下面各自安装有一个万向节32，所述万向节32安装液压缓冲器22的上端部。在从位于支柱3的右半部分的横梁15的中央向左右方向等距离的位置的横梁15下面各自安装有一个万向节32，所述万向节32安装液压缓冲器22的上端部。在从位于支柱3的右半部分的横梁15的中 央向纵方向等距离的位置的纵梁16下面各自安装有一个万向节32，所述万向节32安装液压缓冲器22的上端部。如图3、图4、图6、图7所示，凸缘部24是平面看呈圆形的(大致)圆盘状部件。在位于万向节32的正下的(与万向节32相对)凸缘部24的上面各自安装有一个(第三)万向节33 (自由接头)(参照图3、图4)，所述万向节33安装液压缓冲器22的下端部。如图3、图4所示，重锤25例如是将相同内径、相同外径、相同重量的环状(圆圈状)的铅锤沿着摆动杆23的轴向叠层多片(本实施方式中为15片)而构成，在本实施方式中，重锤25的总重量设定为3. 3吨。此外，在本实施方式中，当振子长度(从万向节31的中心至重锤25的高度方向(图3中为上下方向)的中心的距离)设定为3m的情况下，则减震装置11的固有振动频率为0.3Hz，摆动杆23的前端(下端)的振幅(行程)为± 300mm。此外，当振子长度设定为7m的情况下，则减震装置11的固有振动频率为0. 2Hz，摆动杆23的先端(下端)的振幅(行程)为± 200mm。此外，图3、图4中的标记34是定位重锤25而防止重锤25落下的定位(防止落下)机构(例如，销)。如图6、图7、图8所示，构成一侧振子式TMD18的重锤25和构成另一侧振子式TMD18的重锤25经由连结装置41相互连结。连结装置41具备多根(本实施方式中为两根)连结棒(扁杆)42 ;以及多个(本实施方式中为四个)连结件43 (参照图9)，所述多个连结件43将连结棒42的各端部和重锤25的外表面(外周面)连结。连结棒42配置成，如图6、图8所示，从下方(或上方)看减震装置11时，连结棒42彼此以规定角度(例如60度)交叉，如图7所示，在从前方(或后方)看减震装置11时，连结棒42彼此平行。此外，连结棒42的各端部连结(安装)有球面(滑动)轴承44。如图9所示，各连结件43具备上下两片(一组)眼板45、46 ;螺栓(销)47 ;以及螺母48。眼板45、46从重锤25的外表面突出，而从上下夹持对应的连结棒42的端部。螺栓(销)47穿进设置于眼板45、46的贯通孔(未图示)和设置于球面轴承44的内圈(未图示)的贯通孔(未图示)。螺母48螺合到螺栓47的前端(下端)。根据本实施方式的减震装置11，具有如下效果，S卩，增大支柱一次振动的阻尼，通过增大阻尼来抑制伴随风车旋转叶片的旋转产生的支柱一次振动、振幅。由此，能够避免增大支柱3的重量，从而容易设计轮毂高度超过IOOm的风力发电用风车I。此外，由于减震装置11的一部分(例如，缓冲器(阻尼装置))没有被固定到支柱3的内壁面，因此,不需要加固该支柱3的内壁面，从而能够避免增大支柱3的重量。而且，通过使重锤25沿摆动杆23的轴向升降，使减震装置11的固有振动频率发生变化。即，当组装风力发电用风车I时，对应于仅完成支柱3的阶段、在支柱3的上端设置机舱4的阶段、以及将旋翼头5及风车旋转叶片6安装到机舱4从而完成风力发电用风车I的整体组装的阶段，使支柱3的固有振动频率发生相应变化。由此，能够安全且迅速地组装风力发电用风车I。此外，即使在构成一侧振子式TMD18的液压减震器22的一部分或全部产生故障的情况下(不起作用的情况下)，也可以利用经由连结装置41连结的另一侧振子式TMD18来进行减震(经由连结装置41连结的另一侧振子式T MD18作为安全装置发挥作用)。由此，能够提高该减震装置11的可靠性。此外，由于本实施方式的减震装置11被悬吊在最能够获得阻尼效果的顶层12，因此，能够实现该减震装置11的进一步小型化。此外，升降机停止层(维修层)13设置在顶层12的正下且设置在作业人员站立并向上伸手就能够对液压缓冲器22进行维修的位置，即，设置在能够进行处理的位置。由此，能够容易且迅速地维修液压缓冲器22，从而能够提高维修的作业性。另一方面，本实施方式的风力发电用风车I具备减震装置11，所述减震装置11能够不增大支柱3的重量而设置在支柱3内的狭小空间，并且能够使其固有振动频率发生变化。由此,能够应对轮毂高度超过IOOm的大型风力发电用风车。此外，本发明并不仅限定于上述实施方式，其能够根据需要适当进行变形、变更。例如，在上述实施方式中，举出具备两台振子式TMD18的减震装置11作为一具体例进行了说明，但本发明并不限于此。例如，如图10所示，还可以构成为经由一个万向节31悬吊一台振子式TMD18的结构。在该情况下，万向节31安装在纵梁16的中央部且在横梁15的中央部下面。纵梁16是与沿着支柱3的高度方向延伸的支柱3的中心轴线正交且沿支柱3的纵(前后)方向(在图10中为上下方向)延伸的梁。横梁15是与沿着支柱3的高度方向延伸的支柱3的中心轴线正交且沿支柱3的横(左右)方向(在图10为左右方向)延伸的梁。此外，如图11所示，还可以构成为经由三个万向节31悬吊一台振子式TMD18的结构。在这种情况下，第一个万向节31被安装在纵梁16的前半部且在与该纵梁16的前半部正交的横梁15的中央部下面。第二个万向节31被安装在横梁15的右半部且在与该横梁15的中央部正交的纵梁16的中央部下面。第三个万向节31被安装在横梁15的左半部且在与该横梁15的中央部正交的纵梁16的中央部下面。
权利要求
1.一种风力发电用风车的减震装置，其被容纳并设置在风力发电用风车的支柱内部，其特征在于，包括振子、以及多个阻尼装置， 所述振子具备 摆动杆，其沿铅直方向延伸，并且经由第一万向节被悬吊在设置于所述支柱上部的梁上； 凸缘部，其从所述摆动杆的上端部沿水平方向延伸至外侧；以及 重锤，其被安装在所述摆动杆上，并且能够沿铅直方向进行升降； 所述阻尼装置，其上端部经由第二万向节被安装在所述梁上，其下端部经由第三万向节被安装在所述凸缘部。
2.根据权利要求I所述的风力发电用风车的减震装置，其特征在于， 至少包括两台具有所述振子和所述阻尼装置的振子式TMD， 相邻的所述重锤彼此经由连结装置相互连结。
3.根据权利要求I或2所述的风力发电用风车的减震装置，其特征在于， 所述梁是支撑设置在所述支柱最上部的顶层的梁。
4.根据权利要求3所述的风力发电用风车的减震装置，其特征在于， 在所述顶层的正下并且在作业人员能够对所述阻尼装置进行处理的位置上设置有维修层。
5.一种风力发电用风车，其特征在于， 具备权利要求I至4中任一项所述的风力发电用风车的减震装置。
全文摘要
提供一种风力发电用风车的减震装置，其能够不增大支柱重量而设置在支柱内的狭小空间，并且能够使其固有振动频率发生变化。包括振子(21)以及多个阻尼装置(22)，所述振子(21)具备摆动杆(23)，其沿支柱高度方向延伸且经由第一万向节(31)悬吊在设置于所述支柱上部的梁(15)、(16)上；凸缘部(24)，其从所述摆动杆(23)的上端部外表面沿周向朝向径向外侧延伸；以及重锤(25)，其安装在所述摆动杆(23)上且能够沿所述摆动杆(23)的轴向升降；所述阻尼装置(22)，其上端部经由第二万向节(32)安装在所述梁(15)、(16)上，其下端部经由第三万向节(33)安装在所述凸缘部(24)。
文档编号F03D11/04GK102713278SQ20108000283
公开日2012年10月3日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者久保充司, 川端稔 申请人:三菱重工业株式会社