本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電，尤其涉及一種適用于漂浮式垂直軸風(fēng)機(jī)減振的自復(fù)位裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著化石燃料的日益枯竭以及環(huán)境污染的不斷加劇，而風(fēng)能作為一種清潔、高效、安全的能源形式，備受世界關(guān)注，被認(rèn)為是未來(lái)最具有發(fā)展?jié)摿Φ男履茉粗?。根?jù)旋轉(zhuǎn)軸的不同，風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要分為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)與垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)兩類，而在風(fēng)能利用中，不同類型的風(fēng)機(jī)均存在或多或少的振動(dòng)問(wèn)題，由風(fēng)機(jī)振動(dòng)帶來(lái)的問(wèn)題十分嚴(yán)峻，輕則降低發(fā)電效率，重則致使結(jié)構(gòu)傾覆倒塌，直接導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益降低、資源浪費(fèi)嚴(yán)重。因此研究人員致力于開(kāi)展各種風(fēng)機(jī)的振動(dòng)控制方法以提高其運(yùn)行的安全性，但設(shè)計(jì)的裝置或方法主要針對(duì)于水平軸風(fēng)機(jī)，而針對(duì)垂直軸風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的減搖裝置非常少。

2、國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要通過(guò)優(yōu)化垂直軸風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)形式控制垂直軸風(fēng)機(jī)的振動(dòng)，如cn118757311a公開(kāi)了一種同時(shí)抑制摩擦和搖晃的漂浮式垂直軸風(fēng)力機(jī)，其通過(guò)設(shè)置了浮空器組件，利用浮力將風(fēng)力機(jī)葉片吊起以減少摩擦和振動(dòng)。此設(shè)計(jì)或許能從一定程度上起到減弱振動(dòng)的效果，但是并未考慮由浮空器帶來(lái)的新的振動(dòng)問(wèn)題，同時(shí)浮空器持續(xù)的工作狀態(tài)也會(huì)帶來(lái)新的能源消耗與安全隱患等問(wèn)題，因此此裝置并未從根本上解決垂直軸風(fēng)機(jī)的振動(dòng)問(wèn)題。

3、垂直軸風(fēng)機(jī)由于其特殊的結(jié)構(gòu)形式，不同于水平軸風(fēng)機(jī)，其在艏搖方向的振動(dòng)幅度相對(duì)較大，而在橫搖和縱搖方向的振動(dòng)相對(duì)較小，傳統(tǒng)阻尼器（如調(diào)諧質(zhì)量阻尼器、電渦流阻尼器、調(diào)諧液體阻尼器）頻帶較窄，對(duì)于單向振動(dòng)控制效果較好，但是不適用于高速轉(zhuǎn)動(dòng)的振動(dòng)控制，因此不適用于浮式垂直軸風(fēng)機(jī)的振動(dòng)控制。

4、為了解決這些問(wèn)題，亟待提供一種適用于漂浮式垂直軸風(fēng)機(jī)減振的自復(fù)位裝置及方法，通過(guò)利用阻尼組件和慣容組件的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)漂浮式垂直軸風(fēng)機(jī)六自由減搖的控制效果，解決了垂直軸風(fēng)機(jī)振動(dòng)難控制，難解決的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種適用于漂浮式垂直軸風(fēng)機(jī)減振的自復(fù)位裝置及方法，針對(duì)浮式垂直軸風(fēng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了利用阻尼組件和慣容組件協(xié)同工作的方式，分別在六自由方向下對(duì)浮式垂直軸風(fēng)機(jī)進(jìn)行振動(dòng)控制，采用自動(dòng)復(fù)位的形式，實(shí)現(xiàn)了全被動(dòng)控制，提升了振動(dòng)控制的效率。此外通過(guò)將慣容組件與海水接觸的形式，實(shí)現(xiàn)對(duì)慣容組件的增效作用，降低對(duì)應(yīng)部件尺寸，本發(fā)明設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，模塊化設(shè)計(jì)的程度高，容易實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，利于后期的保養(yǎng)和維修，降低了后期使用成本。

2、本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明在第一方面提供了一種適用于漂浮式垂直軸風(fēng)機(jī)減振的自復(fù)位裝置，所述自復(fù)位裝置安裝于風(fēng)機(jī)塔基與浮式平臺(tái)的交界處，所述自復(fù)位裝置包括：

4、慣容組件，所述慣容組件包括擾流板、滾珠絲桿、中心軸桿和垂蕩板；

5、支撐組件，所述支撐組件包括底部支撐、u形支撐、頂部支撐和圍板支撐，所述u形支撐包括橫截面為u形的凹槽結(jié)構(gòu)，所述凹槽結(jié)構(gòu)采用摩擦型材料；所述慣容組件位于所述支撐組件下方，所述慣容組件固接于所述支撐組件；所述u形支撐設(shè)于所述支撐組件的底部，所述u形支撐與所述底部支撐固接，所述圍板支撐圍設(shè)于所述底部支撐的側(cè)方和所述頂部支撐的上方；

6、阻尼組件，所述阻尼組件設(shè)置于所述圍板支撐與頂部支撐之間和/或所述頂部支撐與所述底部支撐之間；

7、摩擦組件所述摩擦組件包括中央塔柱和弧形塔基，所述頂部支撐的上表面與中央塔柱之間固接，所述弧形塔基固接于所述頂部支撐的下表面；所述弧形塔基設(shè)于所述中央塔柱的末端并抵觸所述凹槽結(jié)構(gòu)。

8、優(yōu)選的，所述頂部支撐與所述圍板支撐之間、所述頂部支撐與所述底部支撐之間設(shè)置阻尼組件，所述阻尼組件包括若干上阻尼彈簧和若干下阻尼彈簧，所述上阻尼彈簧設(shè)置于頂部支撐的上側(cè)外圍，所述下阻尼彈簧設(shè)置于頂部支撐的下側(cè)外圍；所述上阻尼彈簧和下阻尼彈簧至少設(shè)于所述中央塔柱的兩側(cè)。

9、優(yōu)選的，所述阻尼組件還包括若干中央阻尼彈簧，所述中央阻尼彈簧至少設(shè)于所述中央塔柱的兩側(cè)；所述中央阻尼彈簧設(shè)置于頂部支撐的上側(cè)內(nèi)圍；所述頂部支撐的上表面包括弧形結(jié)構(gòu)，所述中央阻尼彈簧的長(zhǎng)度低于所述上阻尼彈簧。

10、本發(fā)明在第二方面提供了一種適用于漂浮式垂直軸風(fēng)機(jī)減振的自復(fù)位裝置，所述底部支撐上設(shè)有第一預(yù)留孔洞，和/或，所述底部支撐上設(shè)有第一預(yù)留孔洞且所述頂部支撐上設(shè)有第二預(yù)留孔洞；所述滾珠絲桿與所述中心軸桿固接，所述滾珠絲桿沿所述第一預(yù)留孔洞上下移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)所述中心軸桿旋轉(zhuǎn)；所述中心軸桿的周圍均勻設(shè)置若干擾流板，所述中心軸桿的底部設(shè)置所述垂蕩板。

11、進(jìn)一步的，所述中心軸桿與所述擾流板固接，所述擾流板的截面為弧形，所述擾流板的根部略厚，端部略?。凰龃故幇鍨閳A形截面，呈水平方向布置在中心軸桿的底部。

12、進(jìn)一步的，所述滾珠絲桿包括絲桿螺母和絲桿，所述絲桿螺母固接于所述底部支撐，所述絲桿沿所述絲桿螺母進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)所述中心軸桿旋轉(zhuǎn)。

13、進(jìn)一步的，所述滾珠絲桿還包括連接軸桿和止撞器，所述連接軸桿固接于所述中心軸桿的頂部，所述連接軸桿的頂部固接有傘狀的止撞器；所述止撞器設(shè)于所述頂部支撐和所述圍板支撐之間，和/或，所述止撞器設(shè)于所述頂部支撐和所述底部支撐之間。

14、進(jìn)一步的，所述底部支撐上設(shè)有第一預(yù)留孔洞且所述頂部支撐上設(shè)有第二預(yù)留孔洞，所述圍板支撐上表面設(shè)有第三預(yù)留孔洞；所述第一預(yù)留孔洞和第二預(yù)留孔洞的直徑大于所述滾珠絲桿的最大直徑，所述第三預(yù)留孔洞的直徑大于中央塔柱直徑。

15、本發(fā)明在第三方面提供了一種適用于漂浮式垂直軸風(fēng)機(jī)減振的自復(fù)位裝置的實(shí)現(xiàn)方法，應(yīng)用于上述的一種適用于漂浮式垂直軸風(fēng)機(jī)減振的自復(fù)位裝置，其具體步驟如下：

16、s1、將所述自復(fù)位裝置安置在風(fēng)機(jī)塔基與浮式平臺(tái)的交界處；

17、s2、當(dāng)浮式平臺(tái)發(fā)生水平方向的位移時(shí)，如縱蕩和橫蕩，底部支撐和u形支撐沿著所述方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致弧形塔基運(yùn)動(dòng)至u形支撐的凹槽結(jié)構(gòu)的邊緣，u形支撐的凹槽摩擦弧形塔基的底部，阻尼彈簧變形，實(shí)現(xiàn)摩擦耗能。

18、s3、由于弧形塔基的重力和阻尼彈簧的復(fù)位，弧形塔基重新落入u形支撐的凹槽結(jié)構(gòu)的底部，實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能；

19、s4、當(dāng)浮式平臺(tái)發(fā)生垂向的位移時(shí)，如垂蕩，絲桿沿著絲桿螺母上下移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)底部的垂蕩板上下移動(dòng)擠壓海水，滾珠絲桿在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)下部的中心軸桿進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)擾流板轉(zhuǎn)動(dòng)攪動(dòng)海水，實(shí)現(xiàn)慣容效果。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)實(shí)施例采用的上述至少一個(gè)技術(shù)方案能夠達(dá)到的有益效果至少包括：

21、第一、本發(fā)明通過(guò)阻尼組件和摩擦組件實(shí)現(xiàn)中央塔柱的減振和自復(fù)位，中央塔柱底部設(shè)置弧形塔基，并通過(guò)弧形塔基與u形支撐凹槽的摩擦作用，能夠有效實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)在風(fēng)荷載作用下的振動(dòng)能量耗散，減輕了振動(dòng)對(duì)整個(gè)風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)的影響，提高了風(fēng)力機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性；此外，弧形塔基由于其自身的重力，能夠在風(fēng)力機(jī)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的振動(dòng)過(guò)程中，自動(dòng)運(yùn)動(dòng)至u形支撐凹槽的邊緣，進(jìn)而借助重力作用重新落入凹槽底部，實(shí)現(xiàn)自然復(fù)位功能，提升了風(fēng)力機(jī)在復(fù)雜風(fēng)力環(huán)境中的抗振性能和穩(wěn)定性，為風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行提供了有效保障。

22、第二、本發(fā)明將自復(fù)位裝置設(shè)置在塔基與浮式平臺(tái)的交界處，將浮式平臺(tái)的振動(dòng)問(wèn)題與風(fēng)機(jī)的振動(dòng)問(wèn)題分開(kāi)考慮，阻尼組件和摩擦組件主要解決風(fēng)機(jī)的振動(dòng)，而慣容組件主要解決浮式平臺(tái)的振動(dòng)；風(fēng)荷載對(duì)上部風(fēng)機(jī)的振動(dòng)影響不會(huì)傳遞到浮式平臺(tái)，浪流荷載對(duì)浮式平臺(tái)的影響也不會(huì)傳遞給上部風(fēng)機(jī)，降低了荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜影響，實(shí)現(xiàn)了荷載之間的解耦，結(jié)構(gòu)的安全性能得到大幅提升。

23、第三、本發(fā)明針對(duì)垂直軸風(fēng)力機(jī)在艏搖方向上振動(dòng)幅度較大的特點(diǎn)，設(shè)置了包括滾珠絲桿、中心軸桿和擾流板的慣容組件結(jié)構(gòu)，通過(guò)滾珠絲桿將往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)從而帶動(dòng)所述中心軸桿旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)在中心軸桿周圍設(shè)置擾流板，擾流板通過(guò)攪動(dòng)海水，能夠有效抑制風(fēng)力機(jī)在艏搖方向的振動(dòng)。

24、第四、本發(fā)明采用將慣容組件接入海水的開(kāi)放結(jié)構(gòu)形式，將海水作為慣容的介質(zhì)，簡(jiǎn)化了慣容組件的結(jié)構(gòu)，無(wú)需額外再設(shè)計(jì)封閉的慣容組件，簡(jiǎn)化了整體的結(jié)構(gòu)；慣容組件在上下移動(dòng)時(shí)，垂蕩板擠壓海水，繞著滾珠絲桿進(jìn)行自轉(zhuǎn)時(shí)，擾流板攪動(dòng)海水，起到了慣容放大的效果，小體積的慣容組件裝置，起到了更好的減搖效果。