一种用于风力机叶片的粘性流体耗能减振装置的制作方法

本发明属于风力机设计和应用的技术领域，涉及一种风力机振动抑制装置，具体的说，是一种用于风力机叶片的粘性流体耗能减振装置。

背景技术：

风能是一种清洁可再生能源，具有广阔的发展前景。近年来风力机正朝着大型化方向发展，风力机的叶片长度达百米量级，同时风轮安装高度也大幅增加。随着风力机叶片结构朝着大柔性化方向发展，其振动固有频率逐渐降低，与小型风力机相比，叶片更容易产生大幅度的弯曲变形。此外，边界层中的风剪切呈指数形式的增长，随着风轮高度的增加，风力机叶片处于风速差更大的工作环境中，需要面对更加复杂的来流。另一方面，大尺寸风力机一般安装在沿海或海上，这些区域经常遇到强阵风以及台风的侵袭，在极端天气情况下风力机叶片极易发生强烈的大幅度振动甚至颤振失稳损坏。因此，大型风力机叶片的大幅度振动日渐成为不容忽视的问题。

为了解决风力机叶片的大幅振动变形问题，现行的方法是在叶片铺层中增加叶片复合材料厚度以提升叶片的刚度，但这种方法会增加叶片的重量，从而提高了风力机的制造和安装成本。在外形设计上，为了保证叶片与塔架之间存在安全距离，当前叶片都采用预弯设计，对于100米量级的6mw风力机，叶尖预弯的净空距离会高达4米之多，但这种做法在一定程度上改变了叶片的气动特性，进而降低风力机的发电功率输出，严重影响风力发电的经济性。在运行策略上，对风力机叶片进行变桨控制以减小风载荷，这种做法虽然能减轻振动，但风力机叶片的迎风面积减小，发电效率也随之降低，同时在面对极端阵风以及瞬间的风向改变时，叶片的变桨系统来不及做出反应，叶片无法避免这种情况下的极端载荷造成的大幅度振动。当前，在叶尖增加系统和装置以降低叶片的最大变形和振动，还没有被研究和实现。

因此针对上述问题，本设计提出了一种用于风力机叶片的粘性流体耗能减振装置。该装置在不改变风力机叶片的气动效率前提下，缓解风力机叶片的振动问题，同时降低制造成本，结构简单，将有广阔的市场应用前景。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，提出结构简单，安装稳定可靠，无需维护且寿命可与风力机叶片工作寿命相匹配，并适用于各种规格风力机使用的一种风力机叶片耗能减振装置，同时能够减轻叶片重量，提高叶片气动工作效率。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种用于风力机叶片的粘性流体耗能减振装置，粘性流体耗能减振装置安装在风力机叶片内，粘性流体耗能减振装置包括外套筒，外套筒的右端背离风力机叶片的叶尖且与风力机叶片内部固定连接，外套筒内设置有两道挡板，挡板将外套筒的内腔分隔为依次密封配合的左过渡腔室、活动室以及右过渡腔室，活动室内填充有粘性流体阻尼液，粘性流体耗能减振装置还包括拉杆结构，拉杆结构由拉杆、活塞、弹簧以及接头，拉杆左端经弹簧与接头连接，拉杆穿入外套筒内，并能左右拉动，接头位于外套筒左侧外部，接头与风力机叶片的叶尖固定连接，活塞套在拉杆上固定，且活塞位于活动室中，将活动室内空间分隔为两个相互密封的腔体，活塞的外表面与外套筒内表面密封滑动配合，活塞上设置有至少一个阻尼孔，阻尼孔连通活动室的两个相互密封的腔体。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的拉杆同时穿过外套筒内的两道挡板，挡板上固定有密封件，密封件套在拉杆上与拉杆滑动配合，密封件密封挡板与拉杆之间的间隙。

上述的外套筒右端通过封堵件密封右过渡腔室，封堵件上设置有右固定螺孔，外套筒通过螺栓同时穿过右固定螺孔以及风力机叶片的相应螺孔实现与风力机叶片的固定。

上述的接头上设置有左固定螺孔，接头通过螺栓同时穿过左固定螺孔以及风力机叶片叶尖处的相应螺孔实现与风力机叶片的固定。

上述的风力机叶片内设置有上主梁、下主梁、前腹板和后腹板，前腹板的上端与上主梁前部固定连接，下端与下主梁前部固定连接，后腹板上端与上主梁后部固定连接，下端与下主梁后部固定连接，上主梁、下主梁、前腹板和后腹板共同组成了风力机叶片的骨架，粘性流体耗能减振装置安装在风力机叶片的骨架中部间隙中，粘性流体耗能减振装置通过撑杆与风力机叶片的骨架固定连接。

上述的外套筒左端与风力机叶片叶尖的距离为整个叶片长度的5%±1%。

上述的接头为扁平接头，接头插入风力机叶片的实心部分固定。

上述的粘性流体阻尼液为甲基硅油。

上述的弹簧外套有弹簧保护套。

本发明的用于风力机叶片的粘性流体耗能减振装置由弹簧和拉杆、活塞及阻尼孔、活动室、粘性流体、外套筒、高强度密封件和撑杆组成；依据耗能减振原理，风力机叶片产生挥舞方向的弯曲变形时，叶尖带动弹簧拉杆伸缩，弹簧拉杆带动活动室内的活塞运动，活动室内装有粘滞流体，活塞运动迫使粘滞流体流过阻尼孔，产生粘滞阻力，消耗叶片的振动能量。该阻尼器拉杆材料以及黏滞流体材料的选择，保证了其工作寿命以及工作环境下的安全性，阻尼器安装在叶片主梁与腹板之间空隙处，保证了该发明的可行性。

与目前为减轻叶片振动从而增加叶片重量提高叶片刚度的做法相比，本发明只提供附加阻尼，不提供附加刚度，降低了叶片的成本，且不改变叶片的自振周期，不会在叶片弯矩最大时提供附加轴力，不改变叶片的气动性能，保证了风力机的工作效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的装置安装在风力机叶片中时的左视剖视图；

图3是本发明的左端结构示意图。

其中附图标记为：风力机叶片1、上主梁11、下主梁12、前腹板13、后腹板14、撑杆15、粘性流体耗能减振装置2、外套筒21、挡板22、左过渡腔室23、活动室24、右过渡腔室25、密封件26、封堵件27、右固定螺孔28、拉杆结构3、拉杆31、活塞32、阻尼孔32a、弹簧33、弹簧保护套33a、接头34、左固定螺孔35。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

本发明为一种用于风力机叶片的粘性流体耗能减振装置，粘性流体耗能减振装置2安装在风力机叶片1内，粘性流体耗能减振装置2包括外套筒21，外套筒21的右端背离风力机叶片1的叶尖且与风力机叶片1内部固定连接，外套筒21内设置有两道挡板22，挡板22将外套筒21的内腔分隔为依次密封配合的左过渡腔室23、活动室24以及右过渡腔室25，活动室24内填充有粘性流体阻尼液，粘性流体耗能减振装置2还包括拉杆结构3，拉杆结构3由拉杆31、活塞32、弹簧33以及接头34，拉杆31左端经弹簧33与接头34连接，拉杆31穿入外套筒21内，并能左右拉动，接头34位于外套筒21左侧外部，接头34与风力机叶片1的叶尖固定连接，活塞32套在拉杆31上固定，且活塞32位于活动室24中，将活动室24内空间分隔为两个相互密封的腔体，活塞32的外表面与外套筒21内表面密封滑动配合，活塞32上设置有至少一个阻尼孔32a，阻尼孔32a连通活动室24的两个相互密封的腔体。

实施例中，拉杆31同时穿过外套筒21内的两道挡板22，挡板22上固定有密封件26，密封件26套在拉杆31上与拉杆31滑动配合，密封件26密封挡板22与拉杆31之间的间隙。

实施例中，外套筒21右端通过封堵件27密封右过渡腔室25，封堵件27上设置有右固定螺孔28，外套筒21通过螺栓同时穿过右固定螺孔28以及风力机叶片1的相应螺孔实现与风力机叶片1的固定。

实施例中，接头34上设置有左固定螺孔35，接头34通过螺栓同时穿过左固定螺孔35以及风力机叶片1叶尖处的相应螺孔实现与风力机叶片1的固定。

实施例中，风力机叶片1内设置有上主梁11、下主梁12、前腹板13和后腹板14，前腹板13的上端与上主梁11前部固定连接，下端与下主梁12前部固定连接，后腹板14上端与上主梁11后部固定连接，下端与下主梁12后部固定连接，上主梁11、下主梁12、前腹板13和后腹板14共同组成了风力机叶片1的骨架，粘性流体耗能减振装置2安装在风力机叶片1的骨架中部间隙中，粘性流体耗能减振装置2通过撑杆15与风力机叶片1的骨架固定连接。

实施例中，外套筒21左端与风力机叶片1叶尖的距离为整个叶片长度的5%±1%。

实施例中，接头34为扁平接头，接头34插入风力机叶片1的实心部分固定。

实施例中，粘性流体阻尼液为甲基硅油。

实施例中，弹簧33外套有弹簧保护套33a。

风力机叶片由复合材料铺层组成，其内部安置了腹板和主梁分别承担叶片的剪力和挥舞弯矩，主梁和腹板从叶根处一直延伸到叶尖附近，占整个叶片长度的95%左右。

本发明系统的工作方式是：粘性流体耗能减振装置可根据不同叶片选择不同的体积，安装在叶片内部主梁与腹板之间空隙处，保证叶片在振动弯曲变形过程中主梁和腹板不会挤压到外套筒21。装置外套筒21最左端与叶尖的距离大约为整个叶片长度的5%。装置的拉杆结构3最左端埋入叶尖实心部分，并通过开孔使用螺钉与风力机上下叶片连接固定。由于风力机叶尖部分厚度很小，因此接头34与叶片固定的部分设计成扁平形状。装置最右端通过撑杆与主梁连接固定，结合插销固定住装置主体，撑杆两端与叶片主梁固接。由于主梁和腹板并不延伸至叶尖最端部，于是拉杆结构3左端部分选择弹簧33伸出装置埋于叶尖实心处固定，这样在叶尖没有主梁和腹板保护的地方，弹簧33可弯曲变形，并通过伸缩拉动活塞32，保证了整个系统的安全和减阻的可行性，且弹簧33外配备保护套用于减少弹簧33磨损同时为弹簧提供运动轨道。装置活动室内配备粘滞流体，一般选用甲基硅油。粘滞流体在活塞的运动下通过活塞上的阻尼孔，产生节流阻力，从而消耗风力机叶片上由于风载产生的振动能量。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。