ГАСИТЕЛЬ ВИБРАЦИЙ ОТТЯЖЕК МАЧТЫ

Полезная модель относится к области пиления колебаний оттяжек мачт ветроэнергетических установок, антенных вышек, опор линий электропередач, высотных столбов и т.п.
Одной из актуальнейших проблем, решаемых сегодня при проектировании и промышленной эксплуатации ветроэнергетических установок, является проблема пиления вибраций оттяжек мачты.
Известен демпфер [1], содержащий корпус с внутренним кольцевым выступом, соосно установленные в нем поршни, один из которых подпружинен, и рабочее тело в виде шариков, размещенных между поршнями, при этом он снабжен крышкой, установленной на торце корпуса со стороны упругого элемента с возможностью осевого перемещения и фиксации, а кольцевой выступ в поперечном сечении представляет собой усеченный конус, меньшим основанием которого образовано дроссельное отверстие.
Недостатком конструкции является ее сложность.
Известен также амортизатор растяжки ветряной установки [2], служащий для гашения осевых (продольных вдоль растяжки) возвратно-поступательных колебаний и стоячих волн, расположенный в верхней части растяжки мачты ветросиловой установки, основным элементом которого является пружина или цилиндрический элемент, выполненный из эластичного полимерного материала, например резины, расположенный в цилиндрическомкорпусе между одним из его оснований и круглой пластиной, закрепленной на конце штока, проходящего через отверстие в этом же основании цилиндрического корпуса и имеющего на конце проушину для крепления к кронштейну мачты при том, что другое основание цилиндрического корпуса имеет проушину, подлежащую креплению к растяжке мачты ветросиловой установки.
Указанная конструкция обладает рядом существенных недостатков:
- амортизирующий (демпфирующий) элемент, выполненный в виде пружины, не может способствовать быстрому затуханию колебаний, т.к. амплитуда колебаний пружины характеризуется растянутой по времени диаграммой затухания колебаний;
- амортизирующий (демпфирующий) элемент, выполненный по второму варианту в виде монолита из эластичного материала и установленный в корпусе амортизатора беззазорно, по мнению заявителя, неработоспособен, т.к. резина или другой эластичный материал (если он не газонаполненный) при деформации не уменьшается в объеме, поэтому при деформировании требуется свободный объем.
Несмотря на недостатки, указанное техническое решение [2] может быть принято в качестве прототипа, как наиболее близкий аналог.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание конструкции, обеспечивающей получение технического результата, позволяющего надежно гасить возникающие в оттяжках колебания.
Этот технический результат достигается тем, что гаситель вибраций оттяжки мачты, например, ветроэнергетической установки с вертикальной осью вращения ротора содержит закрытый крышкой цилиндрический корпус, шток с опорным кольцом, неподвижно закрепленным на нем, установленный на штоке между крышкой корпуса и опорным кольцом демпфирующий элемент, выполнен в виде набора чередующихся эластичных втулок и жестких шайб, при этом втулки выполнены из эластичного материала, например, резины. Указанные втулки установлены с возможностью обеспечения их деформации до 50% под нагрузкой. В крышке корпуса установлена втулка из бронзы, полиамида или фторопласта, в которой поверхность, контактирующая со штоком, выполнена сферической, а цилиндрический корпус и шток снабжены элементами крепления к оттяжкам мачты.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется графическими материалами на примере работы ветроэнергетической установки, где
- на Фиг.1 изображена ветроэнергетическая установка, в оттяжках мачты которой установлены гасители вибраций;
- на Фиг.2 показан выносной элемент I на Фиг.1 (конструкция гасителя вибраций в разрезе).
При работе ветроэнергетической установки (Фиг.1) из-за наличия допустимой остаточной после балансировки неуравновешенности ротора 1, а также из-за нестабильности ветровой нагрузки на ротор в мачте 2 возникают вибрации, которые передаются оттяжкам 3. Для гашения колебаний оттяжек и предотвращения в них резонансных явлений устанавливаются гасители вибраций 4 (Фиг.1).
Гаситель вибраций 4 (Фиг.2) состоит из цилиндрического корпуса 5, закрываемого крышкой 6, внутри которого установлен шток 7 с неподвижно закрепленной на нем опорной шайбой 8.
На штоке 7 между крышкой 6 и опорной шайбой 8 размещается демпфирующий элемент, выполненный в виде набора чередующихся эластичных втулок 9 и жестких шайб 10, которые могут быть изготовлены из металла или прочной пластмассы. Втулки 9 могут быть выполнены из эластичного материала, например резины, в т.ч. вакуумной, полиуретана, упругого пластика и т.п. Втулки 9 устанавливаются в цилиндрическом корпусе 5 с заданным зазором «б» (Фиг.2), обеспечивающим возможность их деформации до 50% под нагрузкой, возникающей в оттяжках мачты при появлении вибраций. Для уменьшения силы трения штока 7 и исключения его заклинивания при работе в крышке 6 устанавливается втулка 11, выполненная из материала с низким коэффициентом трения, например бронзы, полиамида или фторопласта, при этом поверхность 12 втулки, контактирующая со штоком 7, выполнена сферической.
Крепление гасителя к оттяжкам мачты производится с помощью элементов крепления 13 (например, проушин), установленных на штоке 7 и цилиндрическом корпусе 5.
Патентуемый гаситель колебаний работает следующим образом.
При возникновении колебаний, обусловленных неуравновешенностью ротора 1, воздействием внешних факторов (нестабильность ветровой нагрузки, наледь, снег на лопастях ротора и т.п.) демпфирующий элемент гасит (сглаживает) колебания оттяжек 3 на начальном этапе их возникновения, преобразуя энергию колебаний оттяжек 3 в тепловую энергию деформируемых эластичных втулок 9, которые под нагрузкой деформируются до 50%, выбранных из условия их длительной работоспособности.
Полезная модель может быть использована для гашения колебаний оттяжек мачт ветроэнергетических установок, антенных вышек, опор линий электропередач, высотных столбов и т.п.
Источники информации:
1. Патент RU 2010129. Демпфер, кл. МПК F16F 9/30 (2006.01). Приоритет от 27.06.1991 г.
2. Патент RU 87767. Демпфер, кл. МПК F16F 15/133. Приоритет от 26.09.2008 г.