塔筒及風力發電機組的制作方法

塔筒及風力發電機組的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種塔筒及風力發電機組。其中，在塔筒的至少部分內表面上依次設置有粘彈性阻尼層和約束層。當塔筒振動時，設有約束層的粘彈性阻尼層為約束阻尼，粘彈性阻尼層受到剪切作用，粘彈性阻尼材料內部產生交變應力，此時粘彈性阻尼材料會將有序的機械能轉化為無序的分子內能，轉換成熱量釋放到周圍環境中，從而吸收和消耗振動能量，有效的降低塔筒振動對塔筒的影響。
【專利說明】
塔筒及風力發電機組
技術領域
[0001]本實用新型涉及風力發電領域，尤其涉及一種塔筒及風力發電機組。
【背景技術】
[0002]塔筒是風力發電機組中的關鍵設備，用以支撐機艙。在塔筒工作時，塔筒會吸收風能，一部分風能轉化為葉輪轉動的機械能，另一部分風能轉化為葉片和塔筒振動的動能。
[0003]其中，塔筒的振動對塔筒本體結構、變槳軸承、葉輪輪轂、葉輪主軸軸承、定子、轉子的焊接結構、主軸承、偏航系統、塔架、基礎等一系列結構均會造成一定的損壞，引發安全風險，影響風力發電機組的運行，引起經濟損失。
[0004]因此，如何設計一種塔筒，能夠有效的減少塔筒的振動，成為本領域技術人員目前亟需解決的技術問題。
[0005]另外，如何設計一種風力發電機組，能夠有效地減少塔筒的振動對風力發電機組的影響，成為本領域技術人員目前亟需解決的技術問題。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型的實施例的一個目的是提供一種能夠有效減少塔筒振動的塔筒。
[0007]為達到上述目的，本實用新型的實施例采用如下技術方案:
[0008]本實用新型的實施例一方面提供一種塔筒，在所述塔筒的至少部分內表面上依次設置有粘彈性阻尼層和約束層。
[0009]優選地，在前述的塔筒中，所述粘彈性阻尼層由發泡式粘彈性阻尼材料形成。
[0010]優選地，在前述的塔筒中，所述粘彈性阻尼層由多個粘彈性阻尼單元連接組成，所述粘彈性阻尼單元為顆粒狀、線狀或者片狀。
[0011]優選地，在前述的塔筒中，所述約束層覆蓋所述粘彈性阻尼層的部分內表面或者全部內表面。
[0012]優選地，在前述的塔筒中，所述塔筒包括至少兩個塔筒分段;在所述塔筒分段中的至少一個的內表面上設置有所述粘彈性阻尼層和約束層。
[0013]優選地，在前述的塔筒中，在所述設置有所述粘彈性阻尼層和所述約束層的所述塔筒分段中，所述粘彈性阻尼層覆蓋所述塔筒分段的部分內表面或全部內表面。
[0014]優選地，在前述的塔筒中，在所述設置有所述粘彈性阻尼層和所述約束層的所述塔筒分段中，所述約束層覆蓋所述粘彈性阻尼層的部分內表面或者全部內表面。
[0015]優選地，在前述的塔筒中，在所述至少兩個塔筒分段的層設置面積比率當中，至少一個所述塔筒分段的層設置面積比率與其他所述塔筒分段的層設置面積比率不同，其中，所述層設置面積比率分別為各所述塔筒分段的所述約束層的面積與所述粘彈性阻尼層的面積的比率。
[0016]優選地，在前述的塔筒中，沿所述塔筒由下至上的方向，所述至少兩個塔筒分段的層設置面積比率依次減小。
[0017]本實用新型的實施例的另一個目的是提供一種能夠有效減少塔筒振動對風力發電機組影響的風力發電機組。
[0018]為了達到上述目的，本實用新型的實施例還提供了一種風力發電機組，具有前述的塔筒。
[0019]本實用新型實施例提供的塔筒，在塔筒的至少部分內表面上由外向內依次設置有粘彈性阻尼層和約束層。當塔筒振動時，設有約束層的粘彈性阻尼層為約束阻尼，粘彈性阻尼層受到剪切作用，粘彈性阻尼材料內部產生交變應力，此時粘彈性阻尼材料會將有序的機械能轉化為無序的分子內能，轉換成熱量釋放到周圍環境中，從而吸收和消耗振動能量，有效的降低塔筒振動對塔筒的影響。
[0020]在此基礎上，粘彈性阻尼層由發泡狀彈性阻尼材料形成，可以使用噴涂、刷涂、填充或者灌注等方式在塔筒的內表面形成粘彈性阻尼層，粘彈性阻尼層的制作工藝簡單，耗時短。
[0021 ] 在此基礎上，粘彈性阻尼層由多個粘彈性阻尼單元連接組成，粘彈性阻尼單元為顆粒狀、線狀或者片狀。這樣可以通過涂膠粘貼或者熱融化粘彈性阻尼單元的方式將多個粘彈性阻尼單元固定至塔筒內表面以形成粘彈性阻尼層，粘彈性阻尼層的加工和制作工藝簡單。
[0022]在此基礎上，在塔筒分段中的至少一個上設置有粘彈性阻尼層和約束層，在其余的塔筒分段中可以僅設有粘彈性阻尼層。在沒有設置約束層的塔筒分段中，粘彈性阻尼層為自由阻尼，當塔筒分段振動時，依靠粘彈性材料分子鏈之間的粘性內摩擦消耗部分振動；在設置有約束層的塔筒分段中，粘彈性阻尼層為約束阻尼，依靠粘彈性材料受的剪切作用將振動能轉化為熱能。約束阻尼的吸收振動的效果好于自由阻尼。可以根據不同位置的塔筒分段的振動情況選擇約束阻尼或者自由阻尼或者兩種方式的組合，可減少約束層的使用。
[0023]在此基礎上，粘彈性阻尼層覆蓋塔筒分段的部分內表面。通過有選擇性的在塔筒分段的內表面的部分區域設置粘彈性阻尼層，例如在振動最強的區域設置粘彈性阻尼層，在振動較小的區域不設置粘彈性阻尼層，可以在降低塔筒振動對塔筒分段的影響的同時，減少粘彈性阻尼層的使用，減輕塔筒分段的重量，同時減少塔筒分段的生產成本。
[0024]在此基礎上，約束層覆蓋粘彈性阻尼層的部分內表面。這樣，在一個塔筒分段中振動較強的位置設置粘彈性阻尼層和約束層，在振動較弱的地方僅設置粘彈性阻尼層，將自由阻尼和約束阻尼相結合，可在有效吸收振動的同時，減少約束層的使用，降低塔筒分段的重量和生產成本。
[0025]本實用新型提供的風力發電機組，能夠有效減少塔筒產生的振動，降低塔筒振動對風力發電機組運行的影響。
【附圖說明】
[0026]圖1為設置有粘彈性阻尼層和約束層的塔筒的橫截面示意圖；
[0027]圖2為圖1中的A區域的局部放大圖；
[0028]圖3為僅設有粘彈性阻尼層，沒有設置約束層的塔筒的橫截面示意圖；
[0029]圖4為圖3中B區域的局部放大圖；
[0030]圖5是由多個塔筒分段組成的塔筒的結構示意圖；
[0031]圖6是在一個塔筒分段中，部分區域設有約束層，部分區域沒有設置約束層3的一種實施方式的示意圖；
[0032]圖7是在一個塔筒分段中，部分區域設有約束層，部分區域沒有設置約束層3的另一種實施方式的不意圖。
[0033]附圖標號說明:
[0034]1、塔筒;2、粘彈性阻尼層;3、約束層;10、塔筒分段。
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖對本實用新型實施方式的塔筒及風力發電機組進行詳細描述。
[0036]本文的上下以風力發電機組為參照，通常以塔筒的延伸方向為上下方向，指向地心的方向為下，與下相反的方向為上;如無特殊說明，本文的內外是以塔筒的軸線為參照進行定義的，靠近塔筒的軸線的方向為內，遠離塔筒的軸線的方向為外。
[0037]實施例一
[0038]下面以圖1至圖7為例對本實施例的塔筒I的結構進行說明。
[0039]本實施例在塔筒I的至少部分內表面上依次設置有粘彈性阻尼層2和約束層3。圖1和圖2中示出了設置有粘彈性阻尼層2和約束層3的塔筒I的橫截面示意圖。
[0040]本實用新型實施例一提供的塔筒I，在塔筒I的至少部分內表面上由外向內依次設置有粘彈性阻尼層2和約束層3。當塔筒I振動時，粘彈性阻尼層2受到剪切作用，粘彈性阻尼材料內部產生交變應力，此時粘彈性阻尼材料會將有序的機械能轉化為無序的分子內能，轉換成熱量釋放到周圍環境中，從而吸收和消耗振動能量，有效的降低塔筒I振動對塔筒I的影響。
[0041]在此基礎上，粘彈性阻尼層2由發泡式粘彈性阻尼材料形成。發泡式彈性阻尼材料可以使用噴涂、刷涂、填充或者灌注等方式在塔筒I的內表面形成粘彈性阻尼層2，粘彈性阻尼層2的制作工藝簡單，耗時短。
[0042]在此基礎上，粘彈性阻尼層2由多個粘彈性阻尼單元連接組成，粘彈性阻尼單元為顆粒狀、線狀或者片狀。可以通過涂膠粘貼或者熱融化粘彈性阻尼單元的方式將顆粒狀、線狀或者片狀的粘彈性阻尼單元連接成粘彈性阻尼層2，粘彈性阻尼層2的加工和制作工藝簡單。粘彈性阻尼單元可以是但不限于是顆粒狀、線狀或者片狀，其他任意形狀均在本實用新型的限制范圍內。
[0043]可選地，約束層3采用塑性的金屬片或者非金屬片或其組合，或者塑性的金屬網或者非金屬網或者其組合，或者采用塑性材料的其他結構也均在本實施例的限制范圍內。
[0044]可選的，在塔筒I的全部內表面上設置粘彈性阻尼層2和約束層3。
[0045]在另一種替代方式中，在塔筒I的部分內表面上設置粘彈性阻尼層2和約束層3;在另一部分內表面上僅設置粘彈性阻尼層2。僅設置粘彈性阻尼層2的塔筒I的橫截面示意圖參見圖3和圖4。在沒有設置約束層3的塔筒I中，粘彈性阻尼層2為自由阻尼，當塔筒I振動時，依靠粘彈性材料分子鏈之間的粘性內摩擦消耗部分振動。這種方式采用約束阻尼和自由阻尼相結合的方式降低塔筒I振動。
[0046]可選地，在塔筒I內的部分區域可不設置粘彈性阻尼層2和約束層3。例如，在塔筒I的內表面上設有凸出部(例如凸緣)的位置可以不設置粘彈性阻尼層2和約束層3;并且/或者，在塔筒I的中段或下段中，電纜鋪設在塔筒I的內壁上，在鋪設有電纜的區域可以不設置粘彈性阻尼層2和約束層3的組合。以上這些位置粘彈性阻尼層2和約束層3的鋪設存在障礙，為了提高鋪設的效率，可以在這些位置不設置粘彈性阻尼層2和約束層3。
[0047]下面以分段式塔筒I為例對本實施例進行進一步的說明。
[0048]如圖5中所示，塔筒I包括至少兩個塔筒分段10。圖5中塔筒分段10的數量為3段，但并不限于3段。在塔筒分段10中的至少一個的內表面上設置有粘彈性阻尼層2和約束層3。
[0049]具體地，可以在全部的塔筒分段10中均設置粘彈性阻尼層2和約束層3;或者在部分塔筒分段10中設置粘彈性阻尼層2和約束層3，在其他塔筒分段10中僅設置粘彈性阻尼層2或者不設置減振材料。這樣可以減少粘彈性阻尼層2和約束層3的使用量，降低塔筒分段10的生產成本，減輕塔筒分段10的重量。
[0050]可選地，在設置有粘彈性阻尼層2和約束層3的塔筒分段10中，粘彈性阻尼層2覆蓋塔筒分段10的部分內表面或全部內表面。
[0051]可選地，在設置有粘彈性阻尼層2和約束層3的塔筒分段10中，約束層3覆蓋粘彈性阻尼層2的部分內表面或者全部內表面。
[0052]其中，圖6和圖7分別示出了約束層3覆蓋粘彈性阻尼層2的部分內表面的兩種實施方式的示意圖。
[0053]如圖6所示，在一個塔筒分段10中，約束層3包括兩條沿周向延伸的約束層帶，兩個約束層帶沿上下方向間隔的設置，在沒有設置約束層帶的塔筒分段10的內表面上僅設有粘彈性阻尼層2。約束層帶的數量并不限于圖中的數量，可以為任意數量，約束層帶的寬度可以相同，也可以不同。
[0054]如圖7所示，在一個塔筒分段10中，約束層3包括多條沿上下方向延伸的約束層條，兩個約束層條沿周向間隔的設置，在沒有設置約束層條的塔筒分段10的內表面上僅設有粘彈性阻尼層2。約束層條的數量并不限于圖中的數量，可以為任意數量，約束層條的寬度可以相同，也可以不同。
[0055]但需要說明的是，約束層3覆蓋粘彈性阻尼層2的部分內表面并不限于圖6和圖7兩種方式，任何約束層3的面積小于粘彈性阻尼層2面積的結構均在本實施例的限制范圍內。
[0056]可選地，在至少兩個塔筒分段10的層設置面積比率當中，至少一個塔筒分段10的層設置面積比率與其他塔筒分段10的層設置面積比率不同，其中，層設置面積比率分別為各塔筒分段10的約束層3的面積與粘彈性阻尼層2的面積的比率。具體地，在至少兩個塔筒分段10中，可以有部分塔筒分段10的層設置面積比率相同，并且與其余的塔筒分段10的層設置面積比率不相同；或者每個塔筒分段10的層設置面積比率均不相同。
[0057]具體地，層設置面積比率的大小可以根據塔筒分段10的振動強度來選擇。振動強度大的塔筒分段10中可以采用較大的比率，這樣約束層的使用面積較大，約束阻尼所起的作用更大，可以有效的降低塔筒分段10的振動。振動強度較小的塔筒分段10可以采用較小的比率，這樣約束層的使用面積較小，可以減少約束層3的使用，降低塔筒分段10的生產成本，減輕塔筒分段10的重量。具體的比率范圍可以根據實際需要進行調整。
[0058]具體地，對于塔筒I而言，塔筒I的振動強度由下方至上方逐漸減弱，下方的塔筒分段10的振動強度最強。為了適應不同位置的塔筒分段10的振動情況，可選地，沿塔筒由下至上的方向，至少兩個塔筒分段10的層設置面積比率依次減小。這樣在下方的塔筒分段10具有較大的層設置面積比率，盡可能多的采用約束阻尼，以充分減少下方塔筒分段10的振動強度;對于位于上方的振動強度較弱的塔筒分段10具有較小的層設置面積比率，自由阻尼或者自由阻尼與約束阻尼的組合即可滿足要求，這樣可以適當的減少約束層3的使用。
[0059]本實施例的塔筒I，通過在塔筒I的至少部分內表面上設置粘彈性阻尼層2和約束層3，利用約束阻尼良好的減振效果，有效降低塔筒I的振動。
[0060]實施例二
[0061]本實用新型的實施例二提供了一種風力發電機組，其采用了實施例一的風力發電機組用塔筒I。本實施例的風力發電機組能夠有效的減少塔筒I產生的振動，降低塔筒I振動對風力發電機組運行的影響。
[0062]以上所述，僅為本實用新型的具體實施例，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種塔筒(I)，其特征在于:在所述塔筒(I)的至少部分內表面上依次設置有粘彈性阻尼層(2)和約束層(3)。2.根據權利要求1所述的塔筒(I)，其特征在于，所述粘彈性阻尼層(2)由發泡式粘彈性阻尼材料形成。3.根據權利要求1所述的塔筒(I)，其特征在于，所述粘彈性阻尼層(2)由多個粘彈性阻尼單元連接組成，所述粘彈性阻尼單元為顆粒狀、線狀或者片狀。4.根據權利要求1-3中任一項所述的塔筒(I)，其特征在于，所述約束層(3)覆蓋所述粘彈性阻尼層(2)的部分內表面或者全部內表面。5.根據權利要求1-3中任一項所述的塔筒(I)，其特征在于，所述塔筒(I)包括至少兩個塔筒分段(10);在所述塔筒分段(10)中的至少一個的內表面上設置有所述粘彈性阻尼層(2)和約束層(3)。6.根據權利要求5所述的塔筒(I)，其特征在于，在所述設置有所述粘彈性阻尼層(2)和所述約束層(3)的所述塔筒分段(10)中，所述粘彈性阻尼層(2)覆蓋所述塔筒分段(10)的部分內表面或全部內表面。7.根據權利要求6所述的塔筒(I)，其特征在于，在所述設置有所述粘彈性阻尼層(2)和所述約束層(3)的所述塔筒分段(10)中，所述約束層(3)覆蓋所述粘彈性阻尼層(2)的部分內表面或者全部內表面。8.根據權利要求5所述的塔筒(I)，其特征在于，在所述至少兩個塔筒分段(10)的層設置面積比率當中，至少一個所述塔筒分段(10)的層設置面積比率與其他所述塔筒分段(10)的層設置面積比率不同， 其中，所述層設置面積比率分別為各所述塔筒分段(10)的所述約束層(3)的面積與所述粘彈性阻尼層(2)的面積的比率。9.根據權利要求8所述的塔筒(I)，其特征在于，沿所述塔筒(I)由下至上的方向，所述至少兩個塔筒分段(10)的層設置面積比率依次減小。10.一種風力發電機組，其特征在于:具有如權利要求1-9中任一項所述的塔筒(I)。
【文檔編號】F03D13/20GK205677766SQ201620583453
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月15日 公開號201620583453.6, CN 201620583453, CN 205677766 U, CN 205677766U, CN-U-205677766, CN201620583453, CN201620583453.6, CN205677766 U, CN205677766U
【發明人】張勇
【申請人】北京金風科創風電設備有限公司