塔筒及风力发电机组的制作方法

本实用新型涉及一种塔筒及风力发电机组，更具体地讲，涉及一种安装有阻尼器的塔筒及包括该塔筒的风力发电机组。

背景技术：

塔筒是风力发电机组的支撑结构，其结构安全性与稳定性关系到风力发电机组整机的安全和性能。随着风力发电机组容量的不断增加，塔筒高度不断增加，塔筒频率不断降低，塔筒振动问题会越来越突出。

为了保证塔筒及风力发电机组整机的安全、平稳运行，需要在塔筒上安装阻尼器，抑制塔筒的振动，保证风力发电机组的安全运行。

风力发电机组的激励除了风载之外，还有自身的激励载荷，因此与普通高耸建筑物相比，风力发电机组的激励更大。然而，塔筒一般采用很薄的钢板卷制而成，其结构阻尼很低，在较小激励下极易引起较大幅度的振动。因此，用于塔筒的阻尼器需要更大的摆动空间。然而，一般塔筒直径只有3-5m，而且内部还安装了会阻碍阻尼器的摆动的爬梯、线缆等部分。

图1是示出风力发电机组的塔筒1顶段的俯视图，图2是风力发电机组的塔筒1顶段的截面图。如图1和图2所示，在塔筒1的顶段，在马鞍平台4以上，线缆2位于塔筒1的中央，在马鞍平台4以下，线缆2贴附到塔筒1的内壁。

当将阻尼器设置在马鞍平台4以上的部分时，由于线缆2布置在塔筒1的中央，因此阻尼器在摆动时更易与塔筒1、爬梯3和线缆2等发生碰撞，使得阻尼器的摆动受阻，减振效果减弱。

此外，为了有效减振，用于塔筒的阻尼器的频率需要与塔筒的频率相匹配，然而，一般在设计阶段阻尼器与塔筒同时设计，并根据塔筒的预估频率来确定阻尼器的频率，导致阻尼器的频率与塔筒的实际频率不匹配。另外，风力发电机组的安装位置、环境条件等也会对塔筒的频率造成一定影响，这会进一步加剧阻尼器的频率与塔筒的实际频率的不匹配程度。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种具有阻尼器的塔筒及包括该塔筒的风力发电机组，所述阻尼器具有改善的减振效果。

本实用新型的另一目的在于提供一种具有阻尼器的塔筒及包括该塔筒的风力发电机组，所述阻尼器能够调节其自身频率。

根据本实用新型的一方面，提供一种塔筒，所述塔筒包括安装在所述塔筒内的阻尼器，所述阻尼器包括：环形质量块；至少三根吊杆或绳索，至少三根所述吊杆或绳索的下端吊装所述环形质量块，使得所述环形质量块能够随着至少三根所述吊杆或绳索沿任意方向摆动；至少三个阻尼构件，所述阻尼构件的第一端连接到所述塔筒的内壁，所述阻尼构件的第二端连接到所述吊杆或所述环形质量块。

可选地，所述阻尼器可设置在所述塔筒的马鞍平台之上。

可选地，所述环形质量块可在与塔筒内的爬梯相对应的部分形成缺口。

可选地，所述环形质量块可具有多层结构。

可选地，所述阻尼器还可包括用于调节所述阻尼器的频率的调频装置，所述调频装置包括弹性构件和固定到所述塔筒的内壁的调频平台，所述弹性构件的上端连接到所述环形质量块，所述弹性构件的下端连接到所述调频平台。

可选地，所述吊杆的上端铰接到吊梁或者连接到设置在所述塔筒上的机舱，或者所述绳索的上端连接到所述吊梁或者连接到设置在所述塔筒上的所述机舱，所述吊梁固定在所述塔筒的预定高度处。

可选地，所述吊梁至少为两根，并与所述塔筒内的爬梯和线缆错开布置。

可选地，所述阻尼构件设置为三个，且对称分布。

可选地，所述阻尼器还可包括止回装置，所述止回装置包括：止回平台，固定到所述塔筒的内壁，所述止回平台具有用于使所述吊杆穿过的第一通孔，所述第一通孔的内壁设置有缓冲材料；止回盘，设置为围绕所述吊杆的外周，且所述止回盘的外周设置有缓冲材料。

可选地，所述止回平台还具有使所述塔筒内的爬梯和线缆穿过的第二通孔。

可选地，所述止回盘和所述止回平台的彼此对应的位置分别设置有用于连接锁止构件的两端的连接孔，所述锁止构件被构造为在连接到所述止回盘和所述止回平台的所述连接孔时防止所述止回盘和所述止回平台之间发生相对运动。

可选地，所述阻尼构件为液压缸或电磁涡流装置。

根据本实用新型的另一方面，提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括如上所述的塔筒。

根据本实用新型，通过设置环形质量块，可在使阻尼器不与塔筒内的其它部件发生碰撞的同时实现更大的摆动幅度，因此可增强阻尼器的减振效果。

此外，根据本实用新型，通过设置调频装置来对阻尼器的频率进行微调，可解决现有技术中出现的塔筒的实际频率与阻尼器的频率不匹配的问题。

另外，根据本实用新型，通过设置止回装置，可更好地控制吊杆和环形质量块的摆动幅度，使其不与塔筒内壁、线缆和爬梯发生碰撞。

附图说明

图1是风力发电机组的塔筒顶段的俯视图；

图2是风力发电机组的塔筒顶段的截面图；

图3是示出根据本实用新型的安装在塔筒中的阻尼器的截面图；

图4是示出图3中的阻尼器的吊梁和吊杆的布置方式的俯视图；

图5是示出图3中的阻尼器的吊梁和吊杆的结合状态的截面图；

图6是示出图3中的阻尼器的吊杆和环形质量块的结合状态的截面图；

图7是示出图3中的阻尼器的环形质量块以及阻尼构件的布置方式的示意图；

图8是示出图3中的调频装置的布置方式的俯视图；

图9是示出根据本实用新型的阻尼器中的止回装置的俯视图；

图10是示出根据本实用新型的阻尼器中的环形质量块沿第一方向的摆动幅度的示意图；

图11是示出根据本实用新型的阻尼器中的环形质量块沿与第一方向垂直的第二方向的摆动幅度的示意图；

图12是示出根据本实用新型的阻尼器中的锁止构件的示意图。

具体实施方式

以下参照附图详细说明本实用新型的塔筒和风力发电机组的实施例。

图3是示出根据本实用新型的安装在塔筒中的阻尼器的截面图。

如图3所示，根据本实用新型的实施例，风力发电机组可包括塔筒1000、安装在塔筒顶端的机舱2000、安装在机舱2000的一端的轮毂3000以及安装在轮毂3000上的叶片4000。

根据本实用新型的实施例，塔筒1000可包括安装在塔筒1000内的阻尼器100，阻尼器100可包括：环形质量块130；至少三根吊杆120或绳索，至少三根吊杆120或绳索的下端吊装环形质量块130，使得环形质量块130能够随着至少三根吊杆120或绳索沿任意方向摆动；至少三个阻尼构件140，阻尼构件140的第一端连接到塔筒1000的内壁，阻尼构件140的第二端连接到吊杆120或环形质量块130。

可理解的是，阻尼器100在塔筒1000上的设置位置越高，阻尼器100的减振效果越好。因此，根据本实用新型的实施例，阻尼器100设置在塔筒1000的马鞍平台之上的塔筒1000的顶段，从而阻尼器100可更好地实现减振效果。但是，阻尼器100的设置位置不限于马鞍平台之上，可以设置在塔筒1000的适当高度处。以下，将参照附图详细描述设置在塔筒1000的马鞍平台之上的阻尼器100的结构。

根据本实用新型的实施例，吊杆120可通过吊梁110悬吊在塔筒1000内。图4是示出图3中的阻尼器100的吊梁110和吊杆120的布置方式的俯视图，图5是示出图3中的阻尼器100的吊梁110和吊杆120的结合状态的截面图。

如图4所示，吊梁110可固定到塔筒1000的顶端的预定位置，可选地，吊梁110可通过塔筒1000顶端的连接法兰固定到塔筒1000顶端。在图4示出的阻尼器100的实施例中，设置了两根吊梁110，且吊梁110可与塔筒1000内的线缆2和爬梯3错开布置。可选地，两根吊梁110可彼此平行地布置。

根据本实用新型的实施例，吊杆120的上端可铰接到吊梁，并使得吊杆120能够沿任意方向摆动。如图5所示，吊杆120可以为中空的杆件。吊杆120的上端可通过铰接件10铰接到吊梁110。具体地讲，铰接件10可包括固定端11和活动端12，固定端11固定到吊梁110，活动端12连接到吊杆120的顶端。活动端12可相对于固定端11沿任意方向摆动，从而吊杆120能够在塔筒1000内沿任意方向摆动。也就是说，吊杆120可按照球形铰接(十字铰)的方式连接到吊梁110。

应理解的是，虽然图5示出了铰接件10的结构的示例，但铰接件10的结构不限于此，吊杆120也可通过其它铰接件10铰接到吊梁110并能够沿任意方向摆动。

在图4示出的阻尼器100的实施例中，设置了三根吊杆120。其中，两根吊杆120的上端铰接到第一根吊梁110，一根吊杆120的上端铰接到第二根吊梁110，从而，连接三根吊杆120的上端的虚拟线可形成三角形。在这种情况下，可减小三根吊杆120在摆动时的相互干扰。

应理解的是，虽然图4中示出了两根吊梁110和三根吊杆120的实施例，但吊梁110和吊杆120的数量不限于此。作为另一示例，可设置多于三根的吊杆120，多于三根的吊杆120可分布在两根的吊梁110或多于两根的吊梁110上。吊梁110的数量的设计原则为尽可能地避免吊杆120之间的相互干扰。

根据本实用新型的实施例，至少三根吊杆120的下端可分散地连接到环形质量块130，以保证环形质量块130的受力平稳。

图6是示出图3中的阻尼器100的吊杆120和环形质量块130的结合状态的截面图。如图6所示，作为吊杆120和环形质量块130的彼此结合的示例，环形质量块130可通过铰接件10铰接到吊杆120。具体地，如上所述，铰接件10可包括固定端11和活动端12，固定端11可固定到环形质量块130的上表面，活动端12可连接到吊杆120的下端。活动端12可相对于固定端11沿任意方向摆动，从而环形质量块130能够在塔筒1000内沿任意方向摆动。也就是说，吊杆120可按照球形铰接(十字铰)的方式连接到环形质量块130。应理解的是，虽然图6示出了铰接件10的结构的示例，但铰接件10的结构不限于此，吊杆120也可通过其它铰接件10铰接到环形质量块130并能够沿任意方向摆动。

根据本实用新型的实施例，通过设置铰接件10，可使得悬吊在吊杆120下方的环形质量块130实现摆动。

图7是示出图3中的阻尼器100的环形质量块130以及阻尼构件140的布置方式的示意图。如图7所示，根据本实用新型的实施例，环形质量块130可呈环形，以更好地匹配塔筒1000的环形内部空间并更好地避开线缆2和爬梯3，从而实现更大的摆动幅度。例如，如图7所示，环形质量块130可环绕线缆2，并且环形质量块130在对应于爬梯3的位置具有缺口，从而避免了环形质量块130在摆动时与爬梯3发生碰撞。

背景技术部分提及，当阻尼器设置在塔筒的马鞍平台之上时，阻尼器极易与塔筒内的爬梯和线缆碰撞。根据本实用新型的实施例，阻尼器100包括环形质量块130，如上所述，环形质量块130可更容易被设计成不与爬梯3和线缆2发生碰撞，并且可在不发生碰撞的同时实现更大的摆动幅度，因此可增强阻尼器100的减振效果。另外，如图3所示，质量块130可具有多层结构。质量块130的层与层之间可通过螺栓等连接件彼此连接。这样设计可便于环形质量块130的安装与拆卸。

应理解的是，在设置吊杆120和环形质量块130时，环形质量块130的重心距离吊杆120的顶端的铰接件10的转动中心(吊杆120以该转动中心为支点进行摆动)的距离L需要满足以下等式(1)。

在等式(1)中，g为重力加速度，f为阻尼器100的设计频率。

如图3和图7所示，阻尼器100可包括阻尼构件140。阻尼构件140用于消耗吊杆120和环形质量块130摆动的机械能。具体地讲，塔筒1000振动的能量可转化为吊杆120和环形质量块130摆动的机械能，而该机械能可通过阻尼构件140被消耗，从而阻尼器100可起到减小塔筒1000的振动的作用。

可选地，阻尼构件140可以为液压缸，如图3和图7所示，液压缸可通过压缩粘滞液体而将振动能量转化成热能。作为另一示例，阻尼构件140可以为电磁涡流装置，塔筒的振动能量可通过电磁涡流装置而转化为热能。然而，本领域已知的其它阻尼构件也可用于本实用新型的阻尼器100中。

如图3和图7所示，阻尼构件140的第一端可连接到塔筒1000的内壁且能够沿任意方向摆动。阻尼构件140的第二端可连接到吊杆120(如图3所示)。由于阻尼构件140能够沿任意方向摆动，因此阻尼构件140可随着吊杆120的摆动而摆动。当阻尼构件140的第二端连接到吊杆120时，每根吊杆120上可连接一个阻尼构件140。阻尼构件140可沿塔筒1000的内壁均匀布置。此外，每根吊杆120上也可连接至少两个阻尼构件140，阻尼构件140可在吊杆120上沿竖直方向彼此错开布置，以防止阻尼构件140的相互干涉而导致吊杆120不能摆动。

阻尼构件140的第二端也可固定到环形质量块130，从而可随环形质量块130的摆动而摆动。优选地，阻尼构件140可沿环形质量块130的外周均匀分布。

根据本实用新型的实施例，阻尼器100可包括调频装置150。图8是示出图3中的调频装置的布置方式的俯视图。如图3和图8所示，调频装置150可包括弹性构件151和固定到所述塔筒1000的内壁的调频平台152。弹性构件151的上端可连接到环形质量块130的下表面，弹性构件151的下端可连接到调频平台152。可选地，调频平台152可以为马鞍平台或不同于马鞍平台的另一平台。

图8中示出了19个弹性构件151的示例，但本实用新型不限于此，弹性构件151的数量可增多或减少，以调节阻尼器100的频率。

具体而言，弹性构件151可被用于调节阻尼器100的频率。阻尼器100的频率与吊杆120的长度有关，但仍可通过调节弹性构件151的数量和/或预紧力来对阻尼器100的频率进行微调。例如，当通过弹性构件151的数量和/或预紧力，使得弹性构件151对环形质量块130的总拉力增大时，阻尼器100的频率也会呈现增大的趋势。

因此，根据本实用新型的实施例，通过设置调频装置150来对阻尼器100的频率进行微调，可解决现有技术中出现的塔筒的实际频率与阻尼器的频率不匹配的问题。

根据本实用新型的实施例，阻尼器100还可包括止回装置160。图9是示出根据本实用新型的阻尼器100中的止回装置160的俯视图，图10是示出根据本实用新型的阻尼器100中的环形质量块130沿第一方向的摆动幅度的示意图，图11是示出根据本实用新型的阻尼器100中的环形质量块130沿与第一方向垂直的第二方向的摆动幅度的示意图。

如图3和图9所示，止回装置160可包括：止回平台161，固定到塔筒1000的内壁，止回平台161具有用于使吊杆120穿过的第一通孔162，第一通孔162与塔筒1000内的爬梯3和线缆2间隔开，第一通孔162的内壁设置有缓冲材料；止回盘163，在对应于第一通孔162的位置设置为围绕吊杆120的外周，且止回盘163的外周设置有缓冲材料。止回平台161还可具有使塔筒1000内的爬梯3和线缆2穿过的第二通孔(未示出)。

止回装置160可用于在阻尼器100的摆幅过大时对阻尼器100进行限位。具体地讲，当吊杆120的摆幅过大时，吊杆120可能会碰撞爬梯3和线缆2，并且随吊杆120一起摆动的环形质量块130可能会碰撞塔筒1000的内壁。根据本实用新型，当吊杆120的摆幅过大时，沿吊杆120的外周设置的止回盘163的缓冲材料会与止回平台161的第一通孔162的内壁的缓冲材料接触，从而防止由于吊杆120的摆幅过大而造成的碰撞。

例如，图10中示出了通过止回装置160的限位作用，阻尼器100中的环形质量块130沿第一方向(图10中的水平方向)的摆动情况，环形质量块130可在不碰撞塔筒1000、线缆2和爬梯3的情况下沿第一方向实现最大摆幅。

图11中示出了通过止回装置160的限位作用，阻尼器100中的环形质量块130沿与第一方向垂直的第二方向(图11中的竖直方向)的摆动情况，环形质量块130可在不碰撞塔筒1000、线缆2和爬梯3的情况下沿第二方向实现最大摆幅。

虽然仅通过示图示出了环形质量块130沿第一方向和第二方向的摆动情况，但应理解的是，通过止回装置160的限位作用，环形质量块130在沿其它方向摆动时也不与塔筒1000、线缆2和爬梯3发生碰撞。因此，根据本实用新型的实施例的阻尼器100可更好地利用塔筒1000顶段的空间，在使阻尼器100的摆动幅度可控的同时，改善减振效果。

应理解的是，塔筒内的阻尼器与爬梯等距离较近，因此在某些情况下需要对阻尼器进行锁止(即，防止阻尼器发生摆动)，以保证操作人员的安全。另外，由于阻尼器需要在工厂安装到塔筒内，并与塔筒一起运输到现场进行吊装，这个过程也需要阻尼器处于锁止状态，同时，阻尼器在后期维护、检修时也需要处于锁止状态。

因此，根据本实用新型的实施例的阻尼器100，在需要对阻尼器100进行锁止时，可将锁止构件应用于阻尼器100。图12是示出根据本实用新型的阻尼器100中的锁止构件170的示意图。

如图12所示，在止回盘163和止回平台161的彼此对应的位置分别设置用于连接锁止构件170的两端的连接孔(未示出)。在需要对阻尼器100进行锁止时，可将锁止构件170的两端分别连接到止回盘163和止回平台161的连接孔，通过防止止回盘163和止回平台161之间发生相对运动来防止阻尼器100发生摆动。

上面以吊杆连接到吊梁为例说明了本实用新型的原理，但是吊杆可以由绳索来代替，且吊杆或绳索可以直接连接到机舱(此时可省略吊梁)。

如上所述，根据本实用新型的实施例，通过设置环形质量块，可在使阻尼器不与塔筒内的其它部件发生碰撞的同时实现更大的摆动幅度，因此可增强阻尼器的减振效果因此可增强阻尼器的减振效果。

此外，根据本实用新型的实施例，通过设置调频装置来对阻尼器的频率进行微调，可解决现有技术中出现的塔筒的实际频率与阻尼器的频率不匹配的问题。

另外，根据本实用新型的实施例，通过设置止回装置，可更好地控制吊杆和环形质量块的摆动幅度，使其不与塔筒内壁、线缆和爬梯发生碰撞。

虽然已表示和描述了本实用新型的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本实用新型的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。