液体阻尼器抑振效果检测方法、装置及风力发电机与流程

1.本发明涉及新能源技术领域，尤其涉及一种液体阻尼器抑振效果检测方法、装置及风力发电机。


背景技术：

2.阻尼器，是以提供运动的阻力，耗减运动能量的装置，被广泛应用于航天、航空、军工、枪炮、汽车、建筑以及新能源等领域。阻尼器的形状、结构参数、液位高度和布置数量等，均对阻尼器的抑振效果具有显著影响。准确、高效的检测阻尼器的抑振效果，可以指导减振方案的设计。
3.对于应用于风力发电机的阻尼器，现有的液体阻尼器抑振效果检测方法可以通过构建流体动力学模型，并基于上述流体动力学模型进行数学计算的方式，获取阻尼器抑振效果的检测结果。但是，现有的液体阻尼器抑振效果检测方法未考虑阻尼器产生的阻尼力的非线性特征，从而难以准确的检测风力发电机组中的阻尼器的抑振效果。


技术实现要素：

4.本发明提供一种液体阻尼器抑振效果检测方法、装置及风力发电机，用以解决现有技术中难以准确的检测应用于风力发电机的阻尼器的抑振效果的缺陷，实现更准确的检测应用于风力发电机的阻尼器的抑振效果。
5.本发明提供一种液体阻尼器抑振效果检测方法，包括：
6.对风力发电机的外环境流场进行流体动力学仿真计算，获取作用在所述风力发电机塔筒上的气动载荷时序数据；
7.基于所述气动载荷时序数据，对振动系统的结构动力学模型和阻尼器内部的三维流场模型进行耦合，以获取所述阻尼器抑振效果的检测结果；
8.其中，所述振动系统包括所述阻尼器和所述塔筒；所述阻尼器用于抑制所述塔筒的振动。
9.根据本发明提供一种的液体阻尼器抑振效果检测方法，所述基于所述气动载荷时序数据，对振动系统的结构动力学模型和阻尼器内部的三维流场模型进行耦合，以获取所述阻尼器抑振效果的检测结果，包括：
10.对振动系统的结构动力学模型和所述阻尼器内部的三维流场模型进行耦合，构建得到所述振动系统的动力学方程组；
11.将所述气动载荷时序数据作为输入条件，求解所述动力学方程组，以获取所述阻尼器抑振效果的检测结果。
12.根据本发明提供一种的液体阻尼器抑振效果检测方法，所述将所述气动载荷时序数据作为输入条件，求解所述动力学方程组，以获取所述阻尼器抑振效果的检测结果，包括：
13.将所述气动载荷时序数据作为输入条件，采用龙格-库塔方法求解所述动力学方
程组，以获取所述振动系统的振幅、振动速度和振动加速度，作为所述阻尼器抑振效果的检测结果。
14.根据本发明提供一种的液体阻尼器抑振效果检测方法，所述求解所述动力学方程组，包括：
15.在对所述动力学方程组进行求解时，引入所述阻尼器内部流体因摩擦消耗的能量。
16.根据本发明提供一种的液体阻尼器抑振效果检测方法，所述对风力发电机的外环境流场进行流体动力学仿真计算，获取作用在所述风力发电机塔筒上的气动载荷时序数据，包括：
17.在所述塔筒发生涡振的临界风速范围内，随机生成时序分布的风速数据；
18.基于所述风速数据，对风力发电机的外环境流场进行流体动力学仿真计算，获取所述气动载荷时序数据。
19.根据本发明提供一种的液体阻尼器抑振效果检测方法，所述临界风速范围是基于如下方式获取的，包括：
20.对所述风力发电机进行模态分析，获取所述塔筒的模态参数；
21.基于所述模态参数，获取所述临界风速范围。
22.本发明还提供一种液体阻尼器抑振效果检测装置，包括：
23.仿真模块，用于对风力发电机的外环境流场进行流体动力学仿真计算，获取作用在所述风力发电机塔筒上的气动载荷时序数据；
24.检测模块，用于基于所述气动载荷时序数据，对振动系统的结构动力学模型和阻尼器内部的三维流场模型进行耦合，以获取所述阻尼器抑振效果的检测结果；
25.其中，所述振动系统包括所述阻尼器和所述塔筒；所述阻尼器用于抑制所述塔筒的振动。
26.本发明还提供一种风力发电机，包括：发电机本体、阻尼器和如上所述的液体阻尼器抑振效果检测装置。
27.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述液体阻尼器抑振效果检测方法。
28.本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述液体阻尼器抑振效果检测方法。
29.本发明提供的液体阻尼器抑振效果检测方法、装置及风力发电机，通过对风力发电机的外环境流场进行流体动力学仿真计算，获取作用在所述风力发电机塔筒上的气动载荷时序数据之后，基于上述气动载荷时序数据，对包括上述阻尼器和上述塔筒的振动系统的结构动力学模型和阻尼器内部的三维流场模型进行耦合，获取上述阻尼器抑振效果的检测结果，能通过耦合计算流体动力学和结构动力学，对阻尼器内部流体的流动和风力发电机塔筒的振动响应进行分析，并引入非线性的阻尼力对阻尼器抑振效果的影响，进而能对阻尼器的抑振效果进行更准确的检测。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1是本发明提供的液体阻尼器抑振效果检测方法的流程示意图之一；
32.图2是本发明提供的液体阻尼器抑振效果检测方法中振动系统的结构示意图；
33.图3为本发明提供的液体阻尼器抑振效果检测方法中风力发电机的三维流场模型的示意图；
34.图4是本发明提供的液体阻尼器抑振效果检测方法中阻尼器抑振效果的检测结果的示意图；
35.图5是本发明提供的液体阻尼器抑振效果检测方法中风速数据的示意图；
36.图6为本发明提供的液体阻尼器抑振效果检测方法中阻尼器受力数据的示意图；
37.图7为本发明提供的液体阻尼器抑振效果检测方法中塔筒的固有频率的示意图；
38.图8是本发明提供的液体阻尼器抑振效果检测方法的流程示意图之二；
39.图9是本发明提供的液体阻尼器抑振效果检测装置的结构示意图；
40.图10是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
41.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.需要说明的是，涡振又称涡激振动，是在低风速下出现的一种风致振动现象。从流体的角度来分析，任何非流线型物体，在一定的恒定流速下，都会在物体两侧交替地产生脱离结构物表面的旋涡。对于风力发电机中塔筒二阶涡振的预防，布置阻尼器是目前主要的技术手段。上述阻尼器，可以有效抑制风力发电机塔筒发生二阶涡振，降低塔筒的疲劳载荷，提高风力发电机运行的安全性，延长风力发电机的使用寿命。
44.调频液体阻尼器(tld)，可以利用固定水箱中液体在晃动过程中产生的动侧力来提供减振作用。tld阻尼器因其构造简单、安装简易、自动激活性能好以及无需气动装置等优点，广泛应用于各个领域。
45.对于用于抑制风力发电机涡振的tld阻尼器，传统的液体阻尼器抑振效果检测方法主要包括以下三种方法：一、在不考虑tld阻尼器内部液体实际运行状态的情况下，使用等效力学模型计算tld阻尼器内部液体晃动的固有频率、阻尼和晃动力，然后对该等效力学
模型与风力发电机的动力学方程组进行耦合，从而获得tld阻尼器抑振效果的检测结果。二、基于经验公式和有限元分析的方法，获取tld阻尼器抑振效果的检测结果。三、以计算流体动力学方法(computational fluid dynamics，cfd)为基础，在tld阻尼器处于特定振幅条件下，tld阻尼器内部液体晃动的过程中，获取上述液体对tld阻尼器壁面的阻尼力，作为tld阻尼器抑振效果的检测结果。但是，上述传统的液体阻尼器抑振效果检测方法均未考虑阻尼器产生的阻尼力的非线性特征，从而难以准确的检测风力发电机组中的阻尼器的抑振效果。
46.对此，本发明提供一种液体阻尼器抑振效果检测方法、装置及风力发电机。基于本发明提供的液体阻尼器抑振效果检测方法，可以对抑制风力发电机涡振的tld阻尼器的抑振效果进行检测，通过计算流体动力学和结构动力学耦合的方法，对tld阻尼器内部流体的流动和风力发电机塔筒的振动响应进行分析，进而可以获得更准确的液体阻尼器抑振效果检测结果。
47.图1是本发明提供的液体阻尼器抑振效果检测方法的流程示意图之一。下面结合图1描述本发明的液体阻尼器抑振效果检测方法。如图1所示，该方法包括：步骤101、对风力发电机的外环境流场进行流体动力学仿真计算，获取作用在风力发电机塔筒上的气动载荷时序数据。
48.其中，振动系统包括阻尼器和塔筒；阻尼器用于抑制塔筒的振动。
49.图2是本发明提供的液体阻尼器抑振效果检测方法中振动系统的结构示意图。如图2所示，本发明实施例中可以将风力发电机中的塔筒201和用于抑制上述塔筒发生二阶涡振的tld阻尼器202，作为一个振动系统203。其中，上述tld阻尼器202的数量可以为一个或多个。
50.具体地，计算流体动力学方法，是流体力学、数值数学和计算机科学结合的产物。计算流体动力学方法通过将流体力学的控制方程中积分、微分项近似地表示为离散的代数形式，使其成为代数方程组，然后通过计算机求解这些离散的代数方程组，可以获得离散的时间/空间点上的数值解。
51.本发明提供的液体阻尼器抑振效果检测方法，是采用流体动力学仿真分析的方法，对随机风速条件下、预设时长内风力发电机的外环境流场进行模拟，从而获取在风力发电机中的塔筒在上述预设时长内所承受的时序上的气动载荷，形成气动载荷时序数据。
52.可选地，可以基于上述风力发电机的三维流场模型，对风力发电机的外环境流场进行流体动力学仿真计算，获取作用在风力发电机塔筒上的气动载荷时序数据。
53.可选地，上述气动载荷时序数据，可以为离散的时序数据，还可以是通过非线性拟合得到的具有时序性的函数。
54.根据风力发电机的结构参数，可以在笛卡尔坐标系中建立风力发电机的三维流场模型，并可以基于k-omega sst模型进行湍流流场的建模。其中，k-omega sst模型为泛使用的湍流模型。
55.可选地，进行湍流流场的建模时，还可以引入gamma输运方程来模拟转捩效应。其中，转捩流(transition flow)，是层流向湍流(紊流)转化过程中的一种流动状态。
56.图3为本发明提供的液体阻尼器抑振效果检测方法中风力发电机的三维流场模型的示意图。在风力发电机301的风向角设置为-90
°
侧吹，叶片方位角依次设置为60
°
、180
°
和
300
°
，桨距角设置为0
°
的情况下，风力发电机的三维流场模型如图2所示。
57.风力发电机的三维流场模型302的进口采用速度边界条件，出口采用压力边界条件。
58.风力发电机的三维流场模型302的底部为壁面边界，其余三个面均为对称边界(symmetry)。
59.需要说明的是，风力发电机的三维流场模型302中塔筒表面的边界层网格的层数不小于预设数量(例如：边界层网格的层数不小于15层)，增长因子为1.05。考虑到转捩效应的影响，以y+小于1为目标确定首层边界层网格的厚度。其中，y+是本领域用于衡量网格厚度是否合适的基本指标。
60.风力发电机的三维流场模型302中机舱和叶片附近的网格尺度大于塔筒表面的网格尺寸。
61.步骤102、基于气动载荷时序数据，对振动系统的结构动力学模型和阻尼器内部的三维流场模型进行耦合，以获取阻尼器抑振效果的检测结果。
62.上述振动系统203的结构动力学模型，可以是基于塔筒201和tld阻尼器202的结构参数，通过传统的结构动力学模型构建方法预先构建的。
63.根据tld阻尼器202内腔的结构参数，可以在笛卡尔坐标系下构建tld阻尼器202内部的三维流场模型，并可以基于k-omega sst模型和vof模型，对tld阻尼器202内部的气液两相湍流流场进行建模。其中，vof模型是建立在固定的欧拉网格下的表面跟踪办法，可以得到多种互不相融的流体交界面。
64.可选地，tld阻尼器202内部的三维流场模型中气液两相界面的速度梯度，可以通过在omega输运方程中加入湍流阻尼项进行修正：
[0065][0066]
其中，阻尼因数b的取值范围在5至8之间；μ和ρ分别表示流体的动力粘度和密度；a表示气液两相之间的界面面积密度；δn为上述界面处网格的垂直高度。
[0067]
基于塔筒201的气动载荷时序数据，对上述振动系统203的结构动力学模型和阻尼器302内部的三维流场模型进行耦合，可以计算获得上述气动载荷时序数据加入前后，塔筒201的振幅、振动加速度、振动速度、受到的阻尼力以及tld阻尼器202内部液体的晃动幅度中的至少一种，作为tld阻尼器202抑振效果的检测结果。
[0068]
可选地，tld阻尼器202抑振效果的检测结果的表现形式包括但不限于图像或表格等。
[0069]
可选地，可以采用fluent软件，基于风力发电机中塔筒201的气动载荷时序数据，对上述振动系统203的结构动力学模型和阻尼器302内部的三维流场模型进行耦合。
[0070]
本发明实施例通过对风力发电机的外环境流场进行流体动力学仿真计算，获取作用在风力发电机塔筒上的气动载荷时序数据之后，基于上述气动载荷时序数据，对包括上述阻尼器和上述塔筒的振动系统的结构动力学模型和阻尼器内部的三维流场模型进行耦合，获取上述阻尼器抑振效果的检测结果，能通过耦合计算流体动力学和结构动力学，对阻尼器内部流体的流动和风力发电机塔筒的振动响应进行分析，并引入非线性的阻尼力对阻
尼器抑振效果的影响，进而能对阻尼器的抑振效果进行更准确的检测。
[0071]
基于上述各实施例的内容，基于气动载荷时序数据，对振动系统的结构动力学模型和阻尼器内部的三维流场模型进行耦合，以获取阻尼器抑振效果的检测结果，包括：对振动系统的结构动力学模型和阻尼器内部的三维流场模型进行耦合，构建得到振动系统的动力学方程组。
[0072]
具体地，可以将上述振动系统203视为弹簧-阻尼系统，并可以将tld阻尼器202视为上述弹簧-阻尼系统中的振子，在此基础上，可以基于连续性方程和动量守恒方程，对振动系统203的结构动力学模型和阻尼器302内部的三维流场模型进行耦合，构建上述振动系统203的动力学方程组：
[0073][0074]
其中，x和y分别表示tld阻尼器202在顺风向和横风向的位移数据；f
x
(t)和fy(t)分别表示tld阻尼器202在顺风向和横风向受到的气动载荷时序数据，f
tx
(t)和f
ty
(t)分别代表tld阻尼器202内部液体对其壁面在顺风向和横风向上的作用力；ri表示用于tld阻尼器202的数量；ω
t
、m
t
和ξ
t
依次为塔筒201发生二阶涡振时的固有频率、模态质量和阻尼比。
[0075]
将气动载荷时序数据作为输入条件，求解动力学方程组，以获取阻尼器抑振效果的检测结果。
[0076]
具体地，构建振动系统203的动力学方程组之后，可以基于上述气动载荷时序数据，获取f
x
(t)和fy(t)。
[0077]
表1参数取值表
[0078]
固有频率ω
t
模态质量m
t
阻尼比ξ
t
阻尼器302数量ri7.54hz5.0
×
106kg0.00160
[0079]
基于上述气动载荷时序数据，可以对tld阻尼器202内部液体的晃动过程进行流体动力学仿真计算，获取上述气动载荷时序数据对应的f
tx
(t)和f
ty
(t)。
[0080]
ω
t
、m
t
和ξ
t
可以是基于风力发电机的三维模型预先获取的。上述风力发电机的三维模型可以是根据风力发电机的主要参数预先构建的。本发明实施例中ω
t
、m
t
和ξ
t
的取值如表1所示。
[0081]
获取f
x
(t)和fy(t)之后，可以将获取f
x
(t)、fy(t)、f
tx
(t)、f
ty
(t)、ω
t
、m
t
和ξ
t
输入上述动力学方程组，并求解上述动力学方程组，获得阻尼器302抑振效果的检测结果。
[0082]
可选地，可以采用fluent软件的二次开发模块(udf)，实现上述动力学方程组的求解。
[0083]
本发明实施例通过基于连续性方程和动量守恒方程，对振动系统的结构动力学模型和阻尼器内部的三维流场模型进行耦合，构建得到振动系统的动力学方程组之后，将塔筒的气动载荷时序数据作为输入条件，通过求解上述动力学方程组，获取阻尼器抑振效果的检测结果，能通过耦合计算流体动力学和结构动力学，更准确、更高效的获取阻尼器抑振效果的检测结果。
[0084]
基于上述各实施例的内容，将气动载荷时序数据作为输入条件，求解动力学方程组，以获取阻尼器抑振效果的检测结果，包括：将气动载荷时序数据作为输入条件，采用龙格-库塔方法求解动力学方程组，以获取振动系统的振幅、振动速度和振动加速度，作为阻尼器抑振效果的检测结果。
[0085]
具体地，可以通过以下步骤求解上述动力学方程组：
[0086]
步骤11，对tld阻尼器202内部的三维流场进行初始化设置；其中，可以采用fluent软件中的adaption controls功能和patch功能定义tld阻尼器202内部的三维流场中的液位高度，并将tld阻尼器202内部的三维流场中3个方向上的速度分量的取值设置为0。
[0087]
步骤12，对tld阻尼器202内部流体进行本次的流体动力学求解，在本次流体动力学迭代计算完成后，可以开始对振动系统203进行本次的结构动力学求解；其中，在当前时刻的流体动力学迭代完成后，fluent软件中二次开发模块的define_execute_at_end宏被激活。
[0088]
步骤13，读取当前时刻对应的tld阻尼器202在横风向受到的气动载荷时序数据fy(t)，作为上述振动系统203的激振力，获取tld阻尼器202内部的液体对其壁面在横风向上的作用力f
ty
(t)，作为上述振动系统203的阻尼力；其中，可以通过fluent软件中二次开发模块的compute_force_and_moment宏获取f
ty
(t)；
[0089]
步骤14，通过4阶龙格-库塔法(runge-kutta)法，对上述动力学方程组进行数值求解，获取tld阻尼器202当前时刻的位移sy和速度vy。
[0090]
步骤15，根据tld阻尼器202当前时刻的位移sy和速度vy，更新tld阻尼器202内部的三维流场模型中网格的空间坐标，从而实现tld阻尼器202内部液体的晃动过程的模拟；其中，可以通过fluent软件中二次开发模块的define_cg_motion宏，更新tld阻尼器202内部的三维流场模型中网格的空间坐标。
[0091]
步骤16，重复执行步骤12至步骤15，直至迭代次数达到预设的最大值。
[0092]
可以取tld阻尼器202的几何中心作为数据监测点，在求解上述动力学方程组的过程中，输出每次迭代计算后上述数据监测点的位移和速度。
[0093]
通过对比tld阻尼器202内部液体未晃动的情况下，上述数据监测点的位置和速度，可以获取振动系统203的振幅、振动速度和振动加速度，作为阻尼器302抑振效果的检测结果。
[0094]
图4是本发明提供的液体阻尼器抑振效果检测方法中阻尼器抑振效果的检测结果的示意图。如图4所示，上述振动系统203的振幅逐渐增大。
[0095]
可选地，可以利用cfd求解器求解上述动力学方程组。在求解方法的设置中，压力与速度耦合可以采用simplec算法，压力的空间差值格式为body force weighted，体积分数的差值格式为geo-reconstruct，其他对流项差值采用具有二阶进度的数值格式。
[0096]
需要说明的是，若上述气动载荷时序数据为离散的时序数据，则在对tld阻尼器202内部的气液两相进行流体动力学进行求解时，流体动力学计算的时间步长应当与上述气动载荷时序数据的时间步长相同。
[0097]
可选地，在对tld阻尼器202内部的气液两相进行流体动力学进行求解时，压力与速度耦合可以采用simplec算法，压力的空间差值格式可以为body force weighted，体积分数的差值格式可以为geo-reconstruct。
[0098]
本发明实施例通过将气动载荷时序数据作为输入条件，采用龙格-库塔方法求解动力学方程组，以获取振动系统的振幅、振动速度和振动加速度，作为阻尼器抑振效果的检测结果，能更准确、更高效的对阻尼器抑振效果进行检测。
[0099]
基于上述各实施例的内容，求解动力学方程组，包括：在对动力学方程组进行求解时，引入阻尼器内部流体因摩擦消耗的能量。
[0100]
具体地，在构建上述动力学方程组时，除了基于连续性方程和动量守恒方程之外，还可以引入能量守恒方程，从而可以在模拟tld阻尼器202内部液体晃动时，对tld阻尼器202内部液体摩擦引起的能量消耗进行建模。
[0101]
可选地，tld阻尼器202内部的三维流场模型中气液两相界面张力的影响，可以通过continuum surface force(csf)模型对动量守恒方程进行补充。
[0102]
本发明实施例通过在对上述动力学方程进行求解时，引入阻尼器内部流体因摩擦消耗的能量，能进一步提高液体阻尼器抑振效果检测的准确率。
[0103]
基于上述各实施例的内容，对风力发电机的外环境流场进行流体动力学仿真计算，获取作用在风力发电机塔筒上的气动载荷时序数据，包括：在塔筒发生涡振的临界风速范围内，随机生成时序分布的风速数据。
[0104]
具体地，以分析塔筒201前后方向的二阶涡振为例，在塔筒201发生2阶涡振的临界风速范围为16.9～28.3m/s的情况下，可以基于随机风谱，在上述临界风速范围内随机生成时序分布的风速数据。
[0105]
可选地，可以在上述临界风速范围内每隔0.5m/s作为一个平均风速，然后通过bladed软件中的wind模块，生成三维湍流风风文件；风谱的模拟可以采用kaimal模型，湍流尺度参数的设置根据iec-61400标准进行确定。在不考虑风切的影响下进行时长为100s瞬态计算，时间步长取0.05s，进而可以获取x、y、z三个方向时序分布的风速数据。图5是本发明提供的液体阻尼器抑振效果检测方法中风速数据的示意图。
[0106]
需要说明的是，塔筒201发生2阶涡振的临界风速范围，可以基于先验知识获得，还可以通过数值计算的方式获取。
[0107]
基于风速数据，对风力发电机的外环境流场进行流体动力学仿真计算，获取气动载荷时序数据。
[0108]
具体地，基于上述风速数据，可以对钝体流动分离效应导致的塔筒201表面周期性泄涡流场进行建模，对风力发电机的外环境流场进行模拟，进而可以获取作用在塔筒201的气动载荷时序数据。
[0109]
可选地，可以基于fluent软件对钝体流动分离效应导致的塔筒201表面周期性泄涡流场进行建模。
[0110]
可以采用fluent软件通过profile读取功能，可以将bladed软件生成的风速数据载入风力发电机的三维流场模型。在风力发电机的三维流场模型速度进口的设置中，可以使用component模式对上述风速数据在x、y、z方向的速度分量进行独立定义，并分别与顺风向，横风向和垂直风向的profile数据对应。
[0111]
在流体动力学仿真计算中，压力速度耦合可以采用coupled算法，对流体的空间差值可以采用满足二阶精度的数值格式。设置时间步长为与风速数据的时间步长相对应(例如：0.05s)，进行迭代计算，获取塔筒201在临界风速范围内时序分布的横风向受力(涡激振
力)数据和顺风向受力(推力)数据。
[0112]
图6为本发明提供的液体阻尼器抑振效果检测方法中阻尼器受力数据的示意图。基于塔筒201在临界风速范围内时序分布的受力数据，可以获取作用在塔筒201上的气动载荷时序数据。
[0113]
需要说明的是，对塔筒201表面时序分布的受力数据进行快速傅里叶变换(fast fourier transform，fft)，可以确定塔筒201周期性泄涡的频率范围。基于上述周期性泄涡的频率范围和塔筒201二阶固有频率对应的工况，确定ω
t
、m
t
和ξ
t
，作为上述动力学方程组的输入。图7为本发明提供的液体阻尼器抑振效果检测方法中塔筒的固有频率的示意图。塔筒201的固有频率对应的涡振的阶数。
[0114]
本发明实施例通过在塔筒发生涡振的临界风速范围内，随机生成时序分布的风速数据之后，基于上述风速数据，对风力发电机的外环境流场进行流体动力学仿真计算，获取作用在塔筒上的气动载荷时序数据，能在塔筒发生2阶涡振的情况下对风力发电机的外环境流场进行流体动力学仿真计算，从而能在塔筒发生2阶涡振的情况下对塔筒的抑振效果进行检测，能提高塔筒抑振效果的检测效率。
[0115]
基于上述各实施例的内容，临界风速范围是基于如下方式获取的，包括：对风力发电机进行模态分析，获取塔筒的模态参数。
[0116]
具体地，可以基于风力发电机的设计参数，对风力发电机的整机进行建模，除叶片和机舱外，塔筒201的参数化建模为建模重点。其中，风力发电机的设计参数包括：材料参数、几何参数(外径和壁厚等)、质量分布、弯曲、剪切和扭转刚度分布等。
[0117]
在塔筒201的参数化建模中，可以通过添加附加的质量点，对tld阻尼器202的安装位置、数量和质量进行建模，从而反映tld阻尼器202对塔筒201的抑振作用。
[0118]
构建好风力发电机的三维模型之后，可以对风力发电机的三维模型进行模态分析。其中，塔筒201的阻尼比范围在0～0.005之间取值。
[0119]
通过对风力发电机的三维模型的模态分析，可以获取塔筒201在前、后、左和右方向上1～2阶的模态参数。其中，上述模态参数，包括：固有频率、模态质量和模态刚度。
[0120]
需要说明的是，由于叶片和机舱的影响，塔筒201在前后和左右方向的2阶固有频率可能存在较为明显的差异，比如某100m塔筒201的2阶前后固有频率为1.45hz，而2阶左右固有频率则为1.2hz。因此，在步骤12，对tld阻尼器202内部的气液两相进行流体动力学求解时，需要确定固有频率与流场的入口方向对应。
[0121]
基于模态参数，获取临界风速范围。
[0122]
具体地，诱发塔筒201涡激振动的临界风速可通过如下经验公式估算：
[0123][0124]
其中，d表示塔筒201的外径；f表示塔筒201的固有频率；s
t
表示斯特劳哈尔数。
[0125]
表2临界风速与塔筒的外径、塔筒的固有频率和斯特劳哈尔数的对应关系表
[0126][0127]
表2为临界风速与塔筒201的外径、塔筒201的固有频率和斯特劳哈尔数的对应关系表。如表2所示，在塔筒201高度为100m，上述塔筒201三分之二塔高处的外径为3.9m，塔顶外径为3.5m，st数取0.2～0.3。
[0128]
本发明实施例通过对风力发电机进行模态分析，获取塔筒的模态参数之后，基于上述模态参数，获取塔筒发生涡振的临界风速范围，能更准确的获取塔筒发生涡振的临界风速范围。
[0129]
为了便于对本发明提供的液体阻尼器抑振效果检测方法的理解，以下通过一个实例说明本发明提供的液体阻尼器抑振效果检测方法。图8是本发明提供的液体阻尼器抑振效果检测方法的流程示意图之二。如图8所示，首先，进行风力发电机301整机模态分析，确定塔筒201的固有频率及模态质量。
[0130]
其次，基于塔筒201的固有频率确定塔筒201发生2阶涡振的临界风速范围，随机生成与上述临界风速范围对应的湍流风风速时序数据。
[0131]
再次，建立风力发电机的三维流场模型，基于上述三维流场模型对风力发电机的外环境流场进行流体动力学仿真计算，获取塔筒201受力的时序数据，进而获取作用在塔筒201的气动载荷时序数据。
[0132]
最后，对包括塔筒201和tld阻尼器202的振动系统203，及振动系统203内部流场进行结构动力学和流体动力学的耦合分析，从而可以获得tld阻尼器抑振效果的检测结果。
[0133]
本发明提供了一套完整的液体阻尼器抑振效果检测方法，可以对阻尼器的抑振效果进行更准确、更高效的检测。
[0134]
图9是本发明提供的液体阻尼器抑振效果检测装置的结构示意图。下面结合图9对本发明提供的液体阻尼器抑振效果检测装置进行描述，下文描述的液体阻尼器抑振效果检测装置与上文描述的本发明提供的液体阻尼器抑振效果检测方法可相互对应参照。如图9所示，该装置包括：仿真模块901和检测模块902。
[0135]
仿真模块901，用于对风力发电机的外环境流场进行流体动力学仿真计算，获取作用在风力发电机塔筒上的气动载荷时序数据。
[0136]
检测模块902，用于基于气动载荷时序数据，对振动系统的结构动力学模型和阻尼器内部的三维流场模型进行耦合，以获取阻尼器抑振效果的检测结果；
[0137]
其中，振动系统包括阻尼器和塔筒；阻尼器用于抑制塔筒的振动。
[0138]
具体地，仿真模块901和检测模块902电连接。
[0139]
仿真模块901可以用于基于上述风力发电机的三维流场模型，对风力发电机的外环境流场进行流体动力学仿真计算，获取作用在上述塔筒上的气动载荷时序数据。
[0140]
检测模块902可以用于基于风力发电机中塔筒的气动载荷时序数据，对上述振动系统的结构动力学模型和阻尼器内部的三维流场模型进行耦合，可以计算获得上述气动载荷时序数据加入前后，塔筒的振幅、振动加速度、振动速度、受到的阻尼力以及tld阻尼器中液体的晃动幅度中的至少一种，作为tld阻尼器抑振效果的检测结果。
[0141]
需要说明的是，本发明实施例提供的液体阻尼器抑振效果检测装置，在具体运行时，可以执行上述任一实施例所述的液体阻尼器抑振效果检测方法，对此本实施例不作赘述。
[0142]
可选地，检测模块902可以具体用于对振动系统的结构动力学模型和阻尼器内部的三维流场模型进行耦合，构建得到振动系统的动力学方程组；将气动载荷时序数据作为输入条件，求解动力学方程组，以获取阻尼器抑振效果的检测结果。
[0143]
可选地，检测模块902还可以包括求解单元。
[0144]
求解单元可以用于将气动载荷时序数据作为输入条件，采用龙格-库塔方法求解动力学方程组，以获取振动系统的振幅、振动速度和振动加速度，作为阻尼器抑振效果的检测结果。
[0145]
可选地，求解单元还可以用于在对动力学方程组进行求解时，引入阻尼器内部流体因摩擦消耗的能量。
[0146]
可选地，仿真模块901可以具体用于在塔筒发生涡振的临界风速区间内，随机生成时序分布的风速数据；基于风速数据，对风力发电机的外环境流场进行流体动力学仿真计算，获取气动载荷时序数据。
[0147]
可选地，液体阻尼器抑振效果检测装置还可以包括临界风速获取模块。
[0148]
临界风速获取模块可以用于对风力发电机进行模态分析，获取塔筒的模态参数；基于模态参数，获取临界风速区间。
[0149]
本发明实施例中的液体阻尼器抑振效果检测装置，通过对风力发电机的外环境流场进行流体动力学仿真计算，获取作用在风力发电机塔筒上的气动载荷时序数据之后，基于上述气动载荷时序数据，对包括上述阻尼器和上述塔筒的振动系统的结构动力学模型和阻尼器内部的三维流场模型进行耦合，获取上述阻尼器抑振效果的检测结果，能通过耦合计算流体动力学和结构动力学，对阻尼器内部流体的流动和风力发电机塔筒的振动响应进行分析，并引入非线性的阻尼力对阻尼器抑振效果的影响，进而能对阻尼器的抑振效果进行更准确的检测。
[0150]
基于上述各实施例的内容，一种风力发电机，包括：发电机本体、阻尼器和如上所述的液体阻尼器抑振效果检测装置。
[0151]
具体地，阻尼器可以对发电机本体中的塔筒进行抑振，如上所述液体阻尼器抑振效果检测装置，可以对上述阻尼器的抑振效果进行检测。
[0152]
上述液体阻尼器抑振效果检测装置的结构和具体工作流程可以参见上述各实施例的内容，此处不再赘述。
[0153]
本发明实施例中的风力发电机，通过对风力发电机的外环境流场进行流体动力学仿真计算，获取作用在风力发电机塔筒上的气动载荷时序数据之后，基于上述气动载荷时序数据，对包括上述阻尼器和上述塔筒的振动系统的结构动力学模型和阻尼器内部的三维流场模型进行耦合，获取上述阻尼器抑振效果的检测结果，能通过耦合计算流体动力学和
结构动力学，对阻尼器内部流体的流动和风力发电机塔筒的振动响应进行分析，并引入非线性的阻尼力对阻尼器抑振效果的影响，进而能对阻尼器的抑振效果进行更准确的检测。
[0154]
图10示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图10所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)1010、通信接口(communications interface)1020、存储器(memory)1030和通信总线1040，其中，处理器1010，通信接口1020，存储器1030通过通信总线1040完成相互间的通信。处理器1010可以调用存储器1030中的逻辑指令，以执行液体阻尼器抑振效果检测方法，该方法包括：对风力发电机的外环境流场进行流体动力学仿真计算，获取作用在风力发电机塔筒上的气动载荷时序数据；基于气动载荷时序数据，对振动系统的结构动力学模型和阻尼器内部的三维流场模型进行耦合，以获取阻尼器抑振效果的检测结果；其中，振动系统包括阻尼器和塔筒；阻尼器用于抑制塔筒的振动。
[0155]
此外，上述的存储器1030中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0156]
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的液体阻尼器抑振效果检测方法，该方法包括：对风力发电机的外环境流场进行流体动力学仿真计算，获取作用在风力发电机塔筒上的气动载荷时序数据；基于气动载荷时序数据，对振动系统的结构动力学模型和阻尼器内部的三维流场模型进行耦合，以获取阻尼器抑振效果的检测结果；其中，振动系统包括阻尼器和塔筒；阻尼器用于抑制塔筒的振动。
[0157]
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的液体阻尼器抑振效果检测方法，该方法包括：对风力发电机的外环境流场进行流体动力学仿真计算，获取作用在风力发电机塔筒上的气动载荷时序数据；基于气动载荷时序数据，对振动系统的结构动力学模型和阻尼器内部的三维流场模型进行耦合，以获取阻尼器抑振效果的检测结果；其中，振动系统包括阻尼器和塔筒；阻尼器用于抑制塔筒的振动。
[0158]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0159]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该
计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0160]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。