传动系统刚度、阻尼系数均为等效至高 速轴侧的数值，以下皆如此。
[0042] 原传动系统的无阻尼模态频率为：
[0043]
[0044] 其中：
[0045] Ir一一风轮转动惯量
[0046] Ig--发电机转子转动惯量
[0047] Kdrivetrain一一等效的传动系统扭转刚度
[0048] 阻尼率为：
[0049]
[0050] 其中：
[0051] Cdrivetrain等效的传动系统扭转阻尼
[0052] 有阻尼模态频率为：
[0053]
[0054] 此处计算出的模态频率为传动系统一阶频率。风力发电机组传动系统上的零 部件的扭转振动以该频率成分为主，因此，此处指定减小风力发电机组传动系统的一阶模 态频率。
[0055] 在高速轴联轴器与发电机连接的轴上安装扭振减振器后，传动系统的动力学模型 如图3所示：
[0056] 其中：
[0057] Id--扭振减振器的转动惯量
[0058] Kdamper--扭振减振器的扭转刚度
[0059] Cdamper--扭振减振器的扭转阻尼
[0060] 为方便讨论，引入符号：
[0061] y--扭振减振器与原传动系统的转动惯量之比
[0062] ?d--扭振减振器的自振频率
[0063] ^d一一扭振减振器的阻尼率，
[0064] f--扭振减振器的自振频率与原传动系统频率的比值，
[0065] 当频率比f接近于1时，扭振减振器与原传动系统谐振，将原传动系统上的振动能 量转移至扭振减振器上，从而抑制原传动系统的扭转振动。
[0066] 根据调谐转动惯量阻尼器的减振原理，扭振减振器的最佳参数为：
[0067]
[0068]
[0069] 对于带有齿轮箱传动的风力发电机组和潮流能发电机组，其传动系统扭转振动以 一阶模态频率为主。利用本发明提供的方法大幅减小扭转振动中一阶模态分量，将使得传 动系统运行更平稳，各零部件的扭转疲劳载荷更小，有利于提高结构的可靠性与寿命。如图 4所示，安装扭转减振器后，传动系统的扭转振动响应幅值大幅减小。
[0070] 本发明的减振方法在实际应用时，不局限于在风力发电机组传动系统上安装所述 形式扭振减振器，可应用于任意产品的传动系统上，如潮流能发电机组或者汽车传动系统。 并且，可显著降低原传动系统在设定模态频率附近的扭转振动，设定模态频率可以是任意 指定阶次的模态频率，比如第2阶或者第5阶等等，但只能针对某一阶进行减振，不能同时 减小两阶模态分量的振动水平。
[0071] 针对不同的传动系统，扭振减振器的设计流程可按下述过程进行：
[0072] 首先计算原传动系统的模态频率，并确定需要减振的某一阶模态的频率和模 态振型最大相对转角处。模态振型最大相对转角处为扭振减振器的安装位置，尽可能的安 装在模态振型中相对转角大的地方，可提高减振效果。
[0073] 确定扭振减振器的惯量比y，计算出扭振减振器的转动惯量Id。y越大，减振效 果越好，但成本越高。根据工程实际经验，一般情况下，y取0.01~0.05。
[0074] 对于风机传动系统，Id=y(Ir+Ig)。
[0075] 对于其他传动系统，Id=yI。其中1^为待减振的目标模态的模态质量。
[0076] 根据选定的惯量比y，计算最佳频率比
'〇
[0077] 则扭振减振器的自振频率为：
[0078] ?d=f〇pt?r
[0079] 扭振减振器的扭转刚度为：
[0080] Kdamper=Id?d2
[0081]根据选定的惯量比y，计算扭振减振器的最佳阻尼率
[0082] 则扭振减振器的扭转阻尼为：
[0083]
[0084] 根据计算的扭振减振器的转动惯量Id、扭转刚度KdampOT、扭转阻尼C dampOT，结合原传 动系统的结构限制，参考图1A、图1B进行扭振减振器的详细设计，包括结构形式、规格尺 寸、弹簧_阻尼单元数量、弹簧_阻尼单元的刚度和阻尼系数、飞轮的转动惯量等。
[0085] 具体而言，飞轮7、左轴承座8、右轴承座5、左轴承盖9、右轴承盖4、左轴承10的 外圈、右轴承3的外圈及之间的连接螺栓的总的转动惯量即为计算得到的转动惯量I d，弹 簧-阻尼单元14的等效扭转刚度即为计算得到的Kdamp"，等效扭转阻尼即为计算得到的r ^damper°
[0086] 对于图1A、图1B中的结构，弹簧-阻尼单元14为双列布置，每列圆周均布8个， 共计16个。以承压弹簧、承压阻尼为例，当飞轮7相对传动轴1顺时针或逆时针转动时，每 列圆周上有4个弹簧-阻尼单元14产生恢复力抵抗飞轮7与传动轴1的相对转动，双列共 计8个弹簧-阻尼单元14产生恢复力。设每个弹簧-阻尼单元14的刚度均为&，阻尼均 为C 1;沿圆周均布的弹簧-阻尼单元14与传动轴1的轴心线距离为R(弹簧-阻尼单元14 形成的圆周的直径为2R)。则有：
[0087]
[0088]
[0089] 于是，弹簧-阻尼单元14的刚度为阻尼为
[0090] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例m已，
开非对本发明作任何形式上的限制，本 领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发 明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种传动系统扭振减振方法，其特征在于，是在传动轴上以并联形式安装扭振减振 器，所述扭振减振器为调谐转动惯量阻尼器，并通过绕传动轴的扭转运动减小传动系统中 某一阶扭转模态频率的振动水平。2. 根据权利要求1所述的传动系统扭振减振方法，其特征在于，所述扭振减振器安装 在所述传动系统的某一阶扭转模态振型的最大相对转角处。3. 根据权利要求1所述的传动系统扭振减振方法，其特征在于，所述扭振减振器的设 置参数按照以下方法获得： A. 计算原传动系统的模态频率，确定需要减振的某一阶扭转模态频率 B. 设μ为扭振减振器的转动惯量与所述某一阶扭转模态频率的模态质量之比，选 定μ值，并根据计算扭振减振器的自振频率与某一阶扭转模态频率的最佳频率 比f；pt;根据计算扭振减振器的最佳阻尼率ζ d_; C. 根据Id= μ Immte计算扭振减振器的转动惯量Id，其中1_为待减振的目标模态的 模态质量； 根据Od= fQpt Qr计算扭振减振器的自振频率ω d; 根据Kdampea= I d〇d2计算扭振减振器的扭转刚度K dampOT; 根据计算扭振减振器的扭转阻尼Cdamp"。4. 根据权利要求3所述的传动系统扭振减振方法，其特征在于，所述步骤B中μ取值 为 0· 01 ~0· 05。5. 根据权利要求1所述的传动系统扭振减振方法，其特征在于，所述扭振减振器为安 装在所述传动轴上可转动的环形结构，包括外环部分的飞轮及内环部分的弹簧-阻尼结 构，所述飞轮与弹簧-阻尼结构连接；当所述飞轮与传动轴发生相对转动时，所述弹簧-阻 尼结构产生圆周方向的力。6. 根据权利要求5所述的传动系统扭振减振方法，其特征在于，所述弹簧-阻尼结构包 括内圈以及弹簧-阻尼单元，所述内圈上沿径向向外设有多个外凸，所述飞轮的内缘沿径 向向内设有多个内凸，所述外凸与内凸相互交叉布置且均匀分布，所述弹簧-阻尼单元连 接在相邻的外凸与内凸之间。7. 根据权利要求6所述的传动系统扭振减振方法，其特征在于，所述弹簧-阻尼单元按 单列或多列设置，且每列沿以环心为圆心的圆周均匀分布。8. 根据权利要求6所述的传动系统扭振减振方法，其特征在于，所述扭振减振器包括 用于固定在所述传动轴上的安装套筒，所述内圈与安装套筒固定连接。9. 根据权利要求7所述的传动系统扭振减振方法，其特征在于，所述安装套筒的两端 分别安装有轴承，所述轴承的轴承座与所述外环部分的飞轮固定连接。10. 权利要求1-9任一项所述的传动系统扭振减振方法的应用，其特征在于，是在风力 /潮流能发电机组的高速轴联轴器与发电机连接的轴上安装所述扭振减振器，以减小传动 系统一阶扭转模态频率的振动水平。
【专利摘要】本发明公开了一种传动系统扭振减振方法及其应用，所述方法是在传动轴上以并联形式增加扭振减振器，所述扭振减振器为调谐转动惯量阻尼器，并通过绕传动轴的扭转运动减小传动系统中某一阶扭转模态频率的振动水平。所述方法灵活性强、能够在不破坏传动系统原有结构的基础上有效减振，可用于传动系统的后期修复。将该方法应用于风力/潮流能发电机组中，在高速轴联轴器与发电机连接的轴上安装所述扭振减振器，用于大幅减小扭转振动中一阶模态分量，将使得传动系统运行更平稳，有利于提高结构的可靠性与寿命。
【IPC分类】F16F15/30, F03B13/26, F03D11/00, F16F15/121
【公开号】CN104896007
【申请号】CN201510155620
【发明人】彭超, 李明辉, 张莹博
【申请人】国电联合动力技术有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月2日