ОГРАНИЧИВАЮЩИЙ КОЛЕБАНИЯ МОДУЛЬ, А ТАКЖЕ УСТРОЙСТВО, КОНСТРУКТИВНЫЙ СЕГМЕНТ ДЛЯ КОНСТРУКТИВНОГО БЛОКА И ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА С ОГРАНИЧИВАЮЩИМ КОЛЕБАНИЯ МОДУЛЕМ
OSCILLATION LIMITING UNIT, AND DEVICE, STRUCTURAL SEGMENT FOR BUILDING BLOCK AND WIND-DRIVEN POWER PLANT WITH OSCILLATION LIMITING UNIT

Изобретение относится к ограничивающему колебания модулю, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. Кроме того, изобретение относится к устройству с таким ограничивающим колебания модулем, а также к конструктивному сегменту для конструктивного блока с таким ограничивающим колебания модулем, а также к ветроэнергетической установке с башней и сегментом башни с таким ограничивающим колебания модулем.
Ветроэнергетическая установка на основании своей высокой и при этом стройной конструктивной формы представляет особенно склонную к колебаниям конструкцию; это относится, в частности, к башням из стальной трубы или напряженного бетона ветроэнергетических установок, которые все больше изготавливаются для больших высот ступицы ротора, что повышает склонность к колебаниям. В частности, резонансные явления вращающегося ротора с также колеблющимися роторными лопастями могут приводить к сложным формам колебаний ветроэнергетической установки, в частности, также ее башни. Одновременно все более важное значение имеет экономящее ресурсы выполнение конструкции башни ветроэнергетической установки, например, относительно уменьшения диаметра башни и толщины ее стенок. В принципе это относится к любому виду конструкции ветроэнергетической установки, однако особенно к ветроэнергетической установке с трубной башней, такой как, например, башня со стальной трубой или бетонная башня из сборных частей.
Ветроэнергетическая установка известной конструкции имеет установленную на башне, несущую ротор гондолу. Известна установка в башне гасителя колебаний. Например, в ЕР 1008747 В1 приведено описание гасителя колебаний для демпфирования колебаний в ветроэнергетической установке, содержащего маховую массу, маятниковую штангу, маятниковую опору, соответственно, шарнир, а также демпфирующие средства. Свойство гашения колебаний достигается тем, что маховая масса колеблется по сравнению с конструкцией ветроэнергетической установки со сдвигом по фазе. Демпфирующие средства выполнены вместе с маятниковым шарниром в виде конструктивного блока и состоят по существу из одного или нескольких эластомерных модулей, при этом гаситель колебаний может ускоряться в любом направлении одной плоскости.
В принципе под гасителем колебаний следует понимать конструктивный модуль, который состоит из массы и по меньшей мере одной пружины и за счет соединения со способной к колебаниям системой, такой как, например, ветроэнергетическая установка, может уменьшать ее колебания. Масса гасителя колебаний, называемая также противоколебательной массой, колеблется, в частности, со сдвигом по фазе относительно основной структуры конструктивного устройства, такого как, например, ветроэнергетическая установка. Возникающие из ускорения силы гасителя колебаний могут вводиться в подлежащую успокоению основную структуру ветроэнергетической установки. Действие гасителя колебаний не ограничивается лишь точкой воздействия гасителя колебаний, а действует также на другие точки присоединенной основной структуры. В принципе гаситель колебаний предназначен для использования для сравнительно узко ограниченной частоты паразитных колебаний, поскольку обычно в распоряжении имеется лишь ограниченно изменяемая частота гашения колебаний; таким образом, гаситель колебаний является статическим компонентом для уменьшения колебаний. Однако существенное преимущество гасителя колебаний состоит в том, что он выполняется достаточно хорошо для подлежащего гашению паразитного колебания и при подходящем выполнении может гасить его практически полностью. Следует учитывать, что для связанной системы гасителя колебаний и склонной к паразитным колебаниям основной структурой, например, ветроэнергетической установки, при гашении колебаний наблюдается деление частоты, которая лежит вне частоты гасителя колебаний, соответственно, первоначальной частоты паразитных колебаний и может приводить к более высоким амплитудам колебаний вне частоты гасителя колебаний.
Демпфер колебаний, в отличие от гасителя колебаний, хотя и применяемый в дополнение к гасителю колебаний, следует рассматривать в качестве системы, которая соединяет противоколебательную массу с помощью пружины и демпфирующего элемента с подлежащей демпфированию основной структурой. При этом пружинный и демпфирующий элементы могут быть выполнены различным образом. Демпферы колебаний рассматриваются в принципе в качестве динамически действующих систем и могут работать по сравнению с чисто гасителем колебаний при более широком спектре различных паразитных частот.
Поэтому структуру, названную в ЕР 1008747 В1 гасителем колебаний, скорее следует называть демпфером колебаний. Систему как таковую следует называть пассивно действующей системой.
В пассивно действующих системах для уменьшения колебаний используются демпфированные или не демпфированные структуры на совершающей паразитные колебания основной структуре, которые имеют механически действующую систему пружин и массы. Использование пассивно действующей системы пригодно, например, в частности, для случая, когда частота паразитных колебаний сравнительно хорошо известна и лежит в сравнительно узко ограниченном и известном диапазоне частот. Независимо от этого, пассивная система может быть расширена за счет активного исполнительного элемента и тем самым превращена в активную систему, посредством, например, регулирования значимых параметров основной структуры, соответственно, в частности, гасителя или демпфера колебаний в реальном времени в соответствии с изменяющими условиями основной структуры. За счет этого можно также гасить и/или демпфировать лежащие рядом с резонансной частотой основной структуры другие паразитные частоты в сравнительно широком диапазоне. Однако это использование требует в большинстве случаев сложную технику регулирования, а также подвода внешней энергии.
Устанавливаемая с возможностью изменения, но неизменно, система гасителя колебаний с изменяемой частотой гашения известна из DE 202005019949 U1. В ней выполненная в виде вертикального маятника система гашения с гасительной массой опирается через систему пружин на основание, и можно изменять расстояние до основания центра тяжести гасительной массы. Параллельно пружинной системе между гасительной массой и основанием предусмотрен стойкий к сжатию и/или растяжению задающий расстояние элемент, длину которого можно изменять. В принципе такие или другие вертикальные гасительные устройства предпочтительно предназначены для демпфирования зданий. Описание сравнительно сложного уменьшения колебаний здания на основе вертикального маятника приведено в DE 19734993 А1.
Желательно для защиты склонных к колебаниям конструкций иметь в распоряжении работающий сравнительно эффективно ограничитель колебаний, в частности, посредством подходящего уменьшения амплитуды паразитного колебания, в частности, предпочтительно с помощью гашения колебаний, который выполнен надежно и дополнительно к этому имеет сравнительно простую конструкцию и/или прост в управлении.
Ведомство Германии по патентам и торговым знакам для определения приоритета данной заявки выявило следующий уровень техники: DE 202005019949 U1, US 6672763 D1, ЕР 1008747 В1, а также DE 19734993 А1.
В соответствии с этим, задачей изобретения является создание устройства, которое выполнено с возможностью подвешенной установки на конструкции и которое выполнено с улучшенной возможностью ограничения паразитного колебания конструкции, в частности, гашения паразитного колебания, в частности, устройство должно обеспечивать возможность ограничения колебаний, предпочтительно гашения колебаний сравнительно эффективно и надежно также в активных системах. Тем не менее, устройство должно быть сравнительно простым и одновременно надежным и безопасным.
В частности, устройство должно быть выполнено для резонанса на более высокой собственной частоте, чем первая собственная частота ветроэнергетической установки, в частности, башни ветроэнергетической установки. Такие более высокие собственные частоты, которые, в частности, по сравнению с первой собственной частотой, соответствуют по существу форме колебаний с пучностью в зоне башни, создаются за счет движения гондолы и, в частности, за счет продольного момента гондолы. Дополнительно к этому также ротор и в частности движение ротора могут вносить сравнительно сложные изменения в форму колебаний, которыми нельзя пренебрегать. Это может приводить к формам колебаний, которые хотя и имеют открытый конец в зоне гондолы, однако имеют узловую точку и пучность формы колебаний в зоне башни. Было установлено, что, в частности, вторая собственная частота может иметь пучность, которая лежит не в зоне гондолы или непосредственно под гондолой ветроэнергетической установки, а значительно ниже.
Задачей изобретения является, в частности, создание модуля гашения колебаний, гасящего колебания устройства, а также конструктивного сегмента для конструктивного блока и конструктивного блока, в частности, ветроэнергетической установки, которые выполнены улучшенным образом для гашения и/или демпфирования колебаний активно и/или пассивно.
Задача относительно устройства решена, согласно изобретению, с помощью ограничивающего колебания модуля указанного в начале вида, в котором, согласно изобретению, предусмотрены также признаки отличительной части пункта 1 формулы изобретения.
Модуль предназначен, в частности, для подвесной установки в конструктивном блоке и в виде модуля гасителя колебаний.
Согласно изобретению, ограничивающий колебания модуль имеет:
- опорную структуру;
- маятниковую систему с маятниковой массой и с подвесной системой для подвески маятниковой массы на опорной структуре, при этом подвесная система имеет проходящую в направлении подвесной оси подвеску маятниковой массы, которая с помощью подвесной головки закреплена на опорной структуре.
Кроме того, согласно изобретению, предусмотрено, что
- подвесная система имеет несколько проходящих в направлении подвесной оси маятников пружинных элементов; и
- подвесная головка подвески маятниковой массы имеет шарнирную головку, которая закреплена на опорной структуре и имеет выполненный в виде подшипника скольжения маятниковый подшипник.
В частности, по меньшей мере один маятниковый пружинный элемент из множества маятниковых пружинных элементов закреплен в направлении подвесной оси на маятниковой массе и опорной структуре.
В концепции изобретения комбинируются, в частности, два подхода, а именно, упрощенно говоря, во-первых, сравнительно просто выполненный, но эффективно действующий маятниковый подшипник, который выполнен в виде подшипника скольжения, а также, во-вторых, ориентация маятниковых пружинных элементов в направлении подвесной оси: т.е. в частности, параллельно подвеске маятниковой массы.
Согласно указанному выше второму аспекту изобретения, в ограничивающем колебания модуле предусмотрена с помощью проходящих в направлении подвесной оси маятниковых пружинных элементов между маятниковой массой и опорной структурой, называемом также вертикальным направлением, в принципе предпосылка для эластичного подпружинивания маятниковой массы, которое дополнительно в рамках предпочтительной модификации выполнено с возможностью регулирования, в частности, изменяемого регулирования.
Кроме того, в рамках одной модификации особенно предпочтительно выполнять маятниковый подшипник без демпфирования, т.е. выполнять подвеску маятниковой массы для маятникового движения маятниковой массы. В частности, предпочтительно, что подвеска маятниковой массы является неизменной по длине и/или направлению, что способствует дополнительно упрощенному и тем не менее надежному и тем самым стабильному выполнению маятникового подшипника.
Согласно изобретению, предлагается также ограничивающее колебания, в частности, гасящее колебания устройство, согласно пункту 23 формулы изобретения, которое в соответствии с изобретением выполнено с возможностью подвесной установки модуля гасителя колебаний на конструктивном блоке.
Особенно предпочтительно предусмотрение нескольких ограничивающих колебания модулей, в частности, модулей гасителя колебаний. Это может способствовать возможности изменения направления, а также сравнительно широкополосному гашению колебаний, предпочтительно для более высокой собственной частоты конструктивного блока, в частности башни, соответственно, башни ветроэнергетической установки.
Согласно изобретению, предлагается также конструктивный сегмент, согласно пункту 27 формулы изобретения, для конструктивного блока, содержащего ограничивающее колебания, в частности, гасящее колебания устройство с одним, в частности, с несколькими ограничивающими колебания модулями. В частности, в рамках одной модификации предусмотрено, что конструктивный блок выполнен в виде сегмента башни для ветроэнергетической установки и имеет ограничивающий колебания модуль указанного выше вида.
Согласно изобретению, предлагается также ветроэнергетическая установка, содержащая башню и установленную на башне, несущую ротор гондолу, при этом башня имеет сегмент башни с ограничивающим колебания устройством указанного выше вида, в частности, ветроэнергетическая установка, согласно пункту 29 формулы изобретения.
В ветроэнергетической установке указанного выше вида в гондоле генератор соединен с валом, при этом вал приводится во вращение с помощью соединенных через ступицу с валом роторных лопастей ротора. При этом роторная лопасть соединена через подшипник лопасти с переходной частью ступицы. Таким образом, можно использовать энергию ветра для приведения во вращательное движение вала и для привода генератора; в гондоле предусмотрен ряд модулей выпрямления переменного тока, которые предназначены для преобразования поставляемого непосредственно генератором тока на частоту сети.
В частности, было установлено, что указанный выше сегмент башни особенно предпочтительно пригоден для установки указанного сегмента башни примерно на 2/3 высоты башни ветроэнергетической установки, в частности, в зоне между 2/3 минус 20% и 2/3 плюс 20% высоты башни ветроэнергетической установки, с целью особенно эффективного гашения второй собственной частоты возможно резонансных паразитных колебаний ветроэнергетической установки, в частности, башни ветроэнергетической установки.
Изобретение исходит из понимания того, что в качестве основы для сравнительно простого длительного и тем не менее надежного уменьшения колебаний подходит прежде всего модуль гасителя колебаний, который, однако, обеспечивает возможность расширения в подходящий уменьшающий колебания модуль; модуль гасителя колебаний предпочтительно является сначала пассивным и реализуемым со сравнительно низкими затратами и тем не менее с высокой эффективностью. Заявителями было установлено, что многие конструктивные блоки, в частности ветроэнергетическая установка, представляют также для сложных резонансных паразитных колебаний чувствительную колебательную систему. Однако собственные частоты можно идентифицировать сравнительно хорошо в ограниченном диапазоне; в частности, также высокие собственные частоты можно сравнительно хорошо определять для заданного конструктивного блока, в частности, ветроэнергетической установки. Было установлено, что модуль гасителя колебаний особенно простым и эффективным образом можно выполнять для известного спектра собственных паразитных частот конструктивного блока, в частности, ветроэнергетической установки.
Коротко говоря, изобретение исходит из маятниковой системы, в частности маятникового гасителя колебаний, содержащего маятниковую массу и подвесную систему с подвеской маятниковой массы. Согласно изобретению, в подвесной системе предусмотрено несколько маятниковых пружинных элементов и подвеска маятниковой массы с шарнирной головкой, которая имеет выполненный в виде подшипника скольжения маятниковый подшипник.
Выполненный в виде подвешенного маятника уменьшающий колебания модуль, в частности модуль гасителя колебаний, снабжен, согласно изобретению, с одной стороны, предпочтительно выполненной в виде подшипника скольжения маятниковой опорой. Это является предпочтительным по сравнению с другими возможностями опоры по различным причинам. Заявителями было установлено, что с помощью шарнирной головки, согласно изобретению, может быть реализована устойчивая и способная выдерживать нагрузки подвесная система, которая в принципе может обеспечивать, прежде всего, не нуждающуюся в техническом обслуживании поверхность скольжения; тем самым подвеска маятниковой массы, согласно изобретению, является предпочтительной по сравнению с более сложными системами и дополнительно обеспечивает особенно эффективное уменьшение паразитной частоты конструктивной части, в частности, вследствие меньшего демпфирования подшипника скольжения.
Кроме того, относительно маятникового подшипника заявителями было установлено, что в течение срока службы ветроэнергетической установки и, несмотря на окружающие условия, даже при сильном отклонении маятника при подходящем выполнении поверхности скольжения подшипника скольжения, он может быть реализован устойчивым и с высокой надежностью. В частности, с помощью изобретения обеспечивается возможность эффективного и с небольшими затратами на техническое обслуживание уменьшения колебаний, которое дополнительно является компактным и не требующим много места, т.е. особенно предпочтительным для ветроэнергетической установки. За счет использования нескольких модулей гасителя колебаний можно даже при выполненной для одного направления шарнирной головке достигать независимого от направления гашения колебаний, которое является дополнительно эффективным и простым.
Кроме того, с другой стороны, при длинной и/или не изменяемой по направлению подвески маятниковой массе не используется непосредственно возможность изменения маятниковой массы, соответственно, непосредственно длины маятника по причинам обеспечения компактности модуля гасителя колебаний. Было установлено, что маятниковый пружинный элемент даже при неизменной подвеске маятниковой массы может обеспечивать достаточное количество возможностей регулирования, с целью регулирования подвески маятниковой массы относительно спектра паразитных частот конструктивного блока.
В частности, при применении нескольких уменьшающих колебания модулей, в частности модулей гасителя колебаний, в уменьшающем колебания, в частности гасящем колебания устройстве, имеется ряд преимуществ. Так, при выходе из строя одного гасителя колебаний во всяком случае частично сохраняется функция гашения колебаний за счет избыточности системы. Отдельные модули гасителя колебаний можно устанавливать различно, за счет чего реализуется сравнительно широкополосное гашение колебаний. И, наконец, опора может быть выполнена еще более устойчивой вследствие уменьшения массы каждого модуля.
Кроме того, согласно изобретению, обеспечивается возможность предпочтительной защиты от падения, а также дополнительно возможность расширения гасителя колебаний в демпфер колебаний и/или в активно регулируемое устройство для уменьшения колебаний конструктивного блока. Модуль и устройство обеспечивают возможность защиты от падения, а также демпфирования конечных положений, а также принципиальную возможность расширения аспекта демпфирования и активного компонента модуля гасителя колебаний.
Предпочтительные модификации изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения, которые по отдельности представляют предпочтительные возможности дальнейшего усовершенствования устройства в рамках концепции изобретения с дополнительными преимуществами.
В рамках особенно предпочтительной модификации, по меньшей мере один маятниковый пружинный элемент из множества маятниковых пружинных элементов снабжен выполненной в виде пружины сжатия пружиной. В частности, каждый маятниковый пружинный элемент имеет пружину, и каждая из пружин выполнена в виде пружины сжатия. Пружины сжатия являются особенно предпочтительными для стабилизации маятниковой массы. В частности, в маятниковом пружинном элементе может быть предусмотрено, что пружина под давлением расположена проксимально под тарелкой пружины пружинного держателя. На проксимальном конце пружины, т.е. лежащем ближе к опорной структуре конце пружины, пружина удерживается, предпочтительно на тарелке пружины, с предварительным напряжением, в частности, под давлением. На дистальном конце пружины, т.е. лежащем ближе к маятниковой массе конце пружины, пружина предпочтительно установлена непосредственно на маятниковую массу.
Предпочтительно, маятниковый пружинный элемент может иметь пружинный держатель, который предназначен для изменяемой установки длины пружины. В частности, с помощью пружинного держателя можно осуществлять установку предварительного напряжения пружины, в частности, установку силы сжатия пружины. Пружина сжатия может быть в принципе выполнена в соответствии с DIN 13906.
Предпочтительно предусмотрена возможность регулирования пружины за счет дины пружины и/или твердости пружины. В частности, этот принцип является предпочтительным по сравнению с другими принципами для оказания влияния на гашение колебаний. Хотя в принципе возможно для дополнительного регулирования частоты гашения (относительно паразитной частоты) изменение маятниковой массы или маятниковой длины. Также можно за счет регулирования силы сжатия пружины или другого регулирования длины пружины получать эффективную длину маятника со сравнительно небольшой массой и с меньшими пространственными размерами. В целом, предоставляется в распоряжение сравнительно компактная система уменьшающего колебания модуля, в частности модуля гасителя колебаний. В частности, такой модуль пригоден для установки в тесно ограниченных пространствах конструктивного сегмента и/или конструктивного блока.
Для осуществления регулировочной конструкции для маятникового пружинного элемента имеются различные возможности. Особенно предпочтительной является регулировочная конструкция, в которой регулировочные средства предусмотрены над опорной структурой, в частности, над пластиной опорной структуры. Регулировочная конструкция предпочтительно имеет регулировочные средства, которые проходят через пластину опорной структуры, в частности, через пластину основания, и/или тарелку пружины. В частности, предусмотрено, что регулировочные средства имеют несущий профиль, в частности, расположенный над пластиной опорной структуры, в частности, над пластиной основания несущий профиль. Несущий профиль предпочтительно несет изменяемо регулируемый регулировочный механизм и предпочтительно имеет упор для исполнительного средства регулировочного механизма.
В рамках особенно предпочтительной конструктивной модификации может быть предусмотрено, что для реализации регулировочного механизма регулировочная конструкция имеет направляющую штангу с вращающейся резьбой, которая входит в служащее в качестве упора резьбовое отверстие несущего профиля, при этом направляющая штанга на проксимальном конце имеет место сцепления со средством вращения, а на дистальном конце исполнительное средство, которое предназначено для смещения пружинной тарелки. Исполнительное средство может иметь, например, охватывающий сзади пружинную тарелку упор, например, в виде контргайки или т.п.
Предпочтительно, пружина на дистальном конце соединена непосредственно или опосредованно с маятниковой массой.
В случае выполненной с возможностью изменения длины и/или направления подвески маятниковой массы, предпочтительно изменять эффективную маятниковую длину как раз за счет регулирования длины пружины, в частности, за счет регулирования силы сжатия пружины сжатия. Дополнительно к этому предпочтительно, когда независимое от направления эластичное подпружинивание маятниковой массы, т.е. максимально равномерное для всех направлений движения, достигается за счет расположения нескольких пружинных элементов по периметру маятниковой массы, в частности, вокруг центральной подвески маятниковой массы.
В предпочтительных модификациях предусмотрена настройка частоты гашения относительно паразитной частоты, соответственно, частоты паразитных колебаний, которая дополнительно может быть широкополосной, в частности, может быть выполнена более широкополосной, чем это достигается при идентичной настройке всех маятниковых пружинных элементов.
Предпочтительно, может быть, в частности, предусмотрено, что несколько маятниковых пружинных элементов имеют первую пружину, в частности, пружину сжатия, и вторую пружину, в частности, пружину сжатия, сила сжатия которых различна. В частности, все маятниковые пружины могут иметь различную силу сжатия пружины. Предпочтительно, когда определенные маятниковые пружинные элементы сгруппированы в симметричные группы и для всех маятниковых пружин одной симметричной группы предусмотрены одинаковые силы сжатия пружины, в то время как пружины различных симметричных групп имеют различные силы сжатия пружин.
В целом может быть предусмотрена возможность установки в зависимости от потребностей ветроэнергетической установки и особенной пространственной формы колебаний второй собственной частоты подходящая зависимость от направления уменьшающего колебания модуля, соответственно, его эластичных пружинных и демпфирующих свойств. Это особенно предпочтительно для реализации модуля гасителя колебаний относительно эластичных и/или демпфирующих свойств, соответственно, относительно его эффективной длины и направленных свойств.
В частности, может быть предусмотрена возможность установки эластичных и/или демпфирующих свойств модуля гасителя колебаний с отклонением от вращательной симметрии.
В качестве альтернативного решения может достигаться также сравнительно вращательно симметрично установленная колебательная эластичность и демпфирующее свойство уменьшающего колебания модуля, в частности, модуля гасителя колебаний, тем, что несколько маятниковых пружинных элементов имеют первую и вторую пружину, сила сжатия которых одинакова. В частности, может быть предусмотрено, что все маятниковые пружины имеют одинаковую силу сжатия.
Предпочтительно, что количество маятниковых пружинных элементов является четным. В частности, предпочтительно, что предусмотрено по меньшей мере четыре маятниковых пружинных элемента, особенно предпочтительно шесть или восемь маятниковых пружинных элементов. Несколько маятниковых пружинных элементов предпочтительно расположены с симметричным угловым расположением вокруг расположенной центрально на подвесной оси подвески маятниковой массы. Несколько маятниковых пружинных элементов предпочтительно соединены непосредственно или опосредованно с верхней стороной маятниковой массы или закреплены по-другому.
Кроме того, в рамках модификации могут быть предусмотрены предпочтительные конструктивные возможности реализации подвески маятниковой массы. В частности, предпочтительно, что подвеска маятниковой массы имеет маятниковую штангу, которая имеет на проксимальном конце шарнирную головку. В частности, на дистальном конце подвески маятниковой массы установлена маятниковая масса.
Предпочтительно, для установки маятниковой массы предусмотрено, что маятниковая штанга проходит через маятниковую массу вдоль подвесной оси, и маятниковая масса на стороне основания лежит на дистальном упоре маятниковой штанги и/или удерживается на верхней стороне на контрупоре маятниковой штанги. Таким образом, обеспечивается возможность надежного крепления маятниковой массы, даже сравнительно большого веса, на маятниковой штанге.
Предпочтительно, для выполнения подшипника скольжения, подвеска маятниковой массы удерживается с возможностью поворота со скольжением на опорном пальце. Предпочтительно, в шарнирной головке удерживается опорный палец в гнезде для опорного пальца. Гнездо для опорного пальца предпочтительно выполнено на внутреннем кольце шарнирной головки; в частности, для образования подшипника скольжения обращенная к опорному пальцу внутренняя поверхность внутреннего кольца выполнена в виде поверхности скольжения.
Для выполнения особенно эффективного и простого подшипника скольжения особенно предпочтительно, что шарнирная головка имеет поверхность скольжения одного единственного подшипника скольжения. Выполнение одной единственной поверхности скольжения одного единственного подшипника скольжения является предпочтительным, с целью уменьшения расходов на уплотнение и техническое обслуживание. В частности, уменьшаются расходы на выполнение маятниковой опоры. В одной модификации изменяемой маятниковой опоры может быть также предусмотрено, что шарнирная головка имеет несколько поверхностей скольжения одного или нескольких подшипников скольжения. Эта модификация может быть предпочтительной, когда действующая на поверхность скольжения сила должна быть уменьшена, в частности, когда необходимо распределение опорных сил на возможно большую поверхность скольжения.
Предпочтительно, опорный палец удерживается в гнезде для опорного пальца неподвижно, т.е. без возможности поворота, в частности, фиксирован и/или законтрен. Так выполнена, в частности, подвеска маятниковой массы и опорный палец подшипника скольжения. Предпочтительно, что подвеска маятниковой массы имеет шарнирную головку для опоры скольжения на опорном пальце.
В одной модификации для выполнения маятникового движения опорный палец может удерживаться с возможностью поворота в гнезде для опорного пальца. В частности, между опорным пальцем и гнездом для опорного пальца может быть образована опора скольжения. Дополнительно к этому или в качестве альтернативного решения, в одной модификации подвеска маятниковой массы может удерживаться с возможностью поворота на опорном пальце.
Возможны также модификации выполнения поверхности скольжения подшипника скольжения, соответственно, защиты поверхности скольжения подшипника скольжения. Особенно предпочтительно, что по меньшей мере одна частичная зона поверхности скольжения подшипника скольжения выполнена из стали для подшипников качения, в частности, весь подшипник скольжения состоит из стали для подшипников качения. Сталь для подшипников качения особенно стойка также при медленном движении трения с большими силами давления. Так, например, шарнирная головка, и/или опорный палец, и/или гнездо для опорного пальца могут состоять полностью или частично, в частности, их поверхность скольжения и/или опорная поверхность или частичные зоны, из стали для подшипников качения. Поверхности скольжения названных конструктивных элементов могут быть подвергнуты специальной обработке закалкой или относительно модуля упругости или степени твердости.
Кроме того, предпочтительно, что подшипник скольжения, в частности, шарнирная головка и/или опорный палец, и/или гнездо для опорного пальца имеют защиту от коррозии. Предпочтительной является защита от коррозии в виде цинкового покрытия. Тем самым практически предотвращается коррозия подшипника скольжения, соответственно, в частности, шарнирной головки.
В частности, предпочтительно предусмотрение средств для предотвращения проникновения влаги в зону шарнирной головки, в частности в зону маятникового подшипника, предпочтительно в зону подшипника скольжения, соответственно, поверхностей подшипника скольжения. Предпочтительно, сбоку от внутреннего кольца шарнирной головки может быть предусмотрено манжетное уплотнение. Например, опорный палец может нести манжетное уплотнение. Манжетное уплотнение может быть выполнено также в модифицированном виде как простое уплотнительное кольцо или манжетное уплотнительное кольцо или аналогичное цилиндрическое уплотнительное кольцо.
Особенно предпочтительно модуль гасителя колебаний может быть закреплен с помощью других мер, с целью возможно более эффективного уменьшения паразитных колебаний.
В частности, маятниковая система может иметь по меньшей мере один демпфирующий элемент, который дополнительно к собственно демпфированию маятниковых пружинных элементов демпфирует частоту гашения модуля гасителя колебаний. Хотя это может приводить к уменьшению амплитуды частоты гасящих колебаний, однако за счет этого возможно также более широкополосное выполнение гашения колебаний.
В частности, предпочтительно, что модуль гасителя колебаний снабжен ограничителем или демпфером амплитуды и/или конечных положений. Это особенно предпочтительно, когда несколько модулей гасителя колебаний установлены в одном устройстве, возможно в тесной пространственной близости рядом друг с другом. Тем самым либо надежно предотвращаются столкновения или другие аналогичные возможности соприкосновения, и/или при максимальном отклонении предусмотрено подходящее демпфирование ударов.
Предпочтительно также, что подвесная система имеет защиту от падения; в частности, предпочтительной является тяговая конструкция между маятниковой массой и опорной структурой. Предпочтительно, может быть предусмотрена установленная на растяжения тяговая конструкция, которая проходит между маятниковой массой и опорной структурой.
В целом, защита от падения в подвесной системе является предпочтительной, с целью удерживания маятниковой массы на опорной структуре также в наихудшем случае выхода из строя подвесная системы, и/или в любом случае исключения беспрепятственного падения маятниковой массы. В частности, подвесная система может иметь, наряду со снабженным стопорной функцией ограничителем амплитуды и/или конечных положений, демпфирование маятника, которое предназначено для демпфирования маятникового движения во время свободного движения маятника.
В одной модификации уменьшающий колебания модуль, в частности модуль гасителя колебаний, обеспечивает возможность соединения маятниковой системы с активным исполнительным звеном. Активное исполнительное звено предназначено, в частности, для регулирования свободного маятникового движения маятниковой массы.
В частности, активное исполнительное звено может быть частью активного регулирования. Активное регулирование предпочтительно имеет:
- фазовый детектор для детектирования относительной фазы между модулем гасителя колебаний и паразитной частотой конструктивного блока или конструктивного сегмента,
- регулятор, и
- усилитель мощности для передачи управляющего воздействия на исполнительное звено.
В случае модуля гасителя колебаний лишь пассивный модуль расширен до активного модуля.
Для усовершенствования гасящего колебания устройства может быть предусмотрено несколько, в частности четное количество, уменьшающих колебания модулей, в частности модулей гасителя колебаний, с полностью или частично идентичным выполнением или же различным выполнением.
При идентичном выполнении нескольких модулей гасителя колебаний в гасящем колебания устройстве может быть обеспечено высокоэффективное, однако сравнительно узкополосное гашение колебаний конструктивного блока. При установке нескольких модулей гасителя колебаний с не одинаковой длиной и/или одинаковым направлением колебаний и/или одинаково установленным напряжением пружин можно выполнять гасящее колебания устройство сравнительно широкополосным.
Ниже приводится описание примеров выполнения изобретения со ссылками на чертежи в сравнении с уровнем техники, который частично также изображен. На чертежах примеры выполнения не обязательно показаны в соответствии с масштабом, вместо этого там, где это полезно, чертежи выполнены схематично и/или в слегка искаженном виде. Относительно дополнений непосредственно распознаваемых на чертежах идей, делается отсылка к соответствующему уровню техники. При этом следует учитывать, что могут быть выполнены различные модификации и изменения относительно формы и деталей варианта выполнения, без отхода от общей идеи изобретения. Раскрываемые в описании, на чертежах, а также в формуле изобретения признаки изобретения могут быть существенными как по отдельности, так и в любой комбинации для усовершенствования изобретения. Дополнительно к этому, в рамки изобретения входят все комбинации по меньшей мере двух раскрываемых в описании, на чертежах и/или в формуле изобретения признаков. Общая идея изобретения не ограничивается точной формой или деталями показанного и поясняемого варианта выполнения или ограничивается предметом, который ограничен по сравнению с указанным в формуле изобретения предметом. В указываемых диапазонах размеров, также лежащие внутри указанных границ значения раскрываются в качестве предельных значений и могут произвольно использоваться и быть предметом изобретения. Другие преимущества, признаки и подробности изобретения следуют из приведенного ниже описания предпочтительных примеров выполнения, а также из чертежей.
На чертежах схематично изображено:
фиг. 1 - ветроэнергетическая установка в качестве примера конструктивного блока, который, в частности, на основании своей стройной конструкции делает целесообразной установку гасящего колебания устройства, согласно предпочтительному варианту выполнения; на фиг. 1А показана ветроэнергетическая установка с полой башней, а на фиг. 1В показана особенно примечательная большая амплитуда собственных пространственных колебаний полой башни, в частности, второй собственной частоты в зоне примерно 2/3 высоты ветроэнергетической установки;
фиг. 2 - элементы общей гасящей колебания структуры с демпфированием подвергаемой паразитным колебаниям основной структуры (фиг. 2А), при этом на фиг. 2В показаны паразитные колебания башни ветроэнергетической установки с и без гашения колебаний;
фиг. 3 - модуль гасителя колебаний в виде маятниковой системы с маятниковой массой и с воздействующим сбоку пружинным элементом;
фиг. 4 - особенно предпочтительный вариант выполнения модуля гасителя колебаний в виде маятниковой системы с маятниковой массой, несколькими маятниковыми пружинными элементами и подвесной системой (фиг. 4А), при этом на фиг. 4В показано распределение по периметру маятниковых пружинных элементов подвесной системы, показанной на фиг. 4А;
фиг. 5 - особенно предпочтительное конструктивное выполнение предпочтительного варианта выполнения модуля гасителя колебаний, согласно фиг. 4;
фиг. 6 - деталь шарнирной головки подвески маятниковой массы подвесной системы в модуле гасителя колебаний, согласно фиг. 4 и 5;
фиг. 7 - деталь маятникового пружинного элемента варианта выполнения модуля гасителя колебаний, показанного на фиг. 4 и 5;
фиг. 8 - общий вид особенно предпочтительного варианта выполнения гасящего колебания устройства с четырьмя модулями гасителя колебаний, согласно фиг. 4 и 5, в изометрической проекции;
фиг. 9 - частичный разрез сегмента башни для ветроэнергетической установки с гасящим колебания устройством, согласно фиг. 8, на виде сбоку.
На фиг. 1-9 одинаковые или аналогичные части или части с одинаковой или аналогичной функцией обозначены для простоты одинаковыми позициями.
На фиг. 1А показана ветроэнергетическая установка 1000 с башней 1001 и установленной на башне 1001 гондолой 1002. Гондола 1002 несет ротор 1003 с несколькими, в данном случае тремя роторными лопастями 1004. Лопасть 1004 ротора 1003 соединена через ступицу 1005 с не изображенным валом в гондоле 1002. Для этого роторная лопасть 1004 соединена через подшипник лопасти с переходным устройством ступицы и с валом. При вращающемся под действием ветра роторе 1003 может приводиться в действие расположенный в гондоле 1002 генератор для генерирования тока. Поставляемая генератором электрическая энергия может через выпрямители переменного тока, трансформаторы или т.п. подходящие электрические устройства преобразовываться для подачи в не изображенную сеть тока; устройства могут быть расположены в гондоле 1002 или на грунте 1010 в башне 1001 или снаружи башни 1001 ветроэнергетической установки 1000.
Башня 1001 ветроэнергетической установки 1000 через не изображенный фундамент опирается на грунт 1010. Башня 1001 ветроэнергетической установки 1000 выполнена из множества сегментов 1100 башни, например, из полых цилиндрических стальных или из напряженного бетона сегментов. Расположенный между гондолой 1002 и грунтом 1010 обозначенный здесь специально сегмент 1100 башни снабжен уменьшающим колебания устройством 200, предпочтительный вариант выполнения которого поясняется ниже со ссылками на фиг. 4-9.
Установлено, что ветроэнергетическая установка 1000, в частности, при все большем выполнении, должна отвечать не только более высоким требованиям демпфирования и/или гашения паразитных колебаний; должна быть предусмотрена также экономящее ресурсы конструкция модуля 100 гасителя колебаний, соответственно, гасящего колебания устройства 200. Поскольку возникновение ярко выраженных резонансных явлений с большими амплитудами в ветроэнергетической установке 1000 должно предотвращаться возможно более надежно, то предпочтительным оказался, прежде всего, модуль 100 гасителя колебаний, описание которого приводится здесь в рамках особенно предпочтительного варианта выполнения. Следует также понимать, что модуль 100 гасителя колебаний, описание которого приводится здесь, также при пассивном сначала выполнении и без выходящих за пределы собственного демпфирования демпфирующих средств, может быть модифицирован, тем не менее, в виде в целом уменьшающего колебания модуля, в частности, с подходящим активным регулированием и/или демпфированием.
В ветроэнергетической установке 1000 колебания могут возбуждаться различным образом, при этом спектр паразитных колебаний может быть разложен на различные моды собственных колебаний с пространственно определенной формой колебаний. На основании большого количества возможных возбудителей колебаний спектр паразитных колебаний, соответственно, проявлений паразитных колебаний с различными формами колебаний на первой частоте и, в частности на более высокой собственной частоте, является сравнительно сложным.
Например, на свободные и самовозбуждаемые колебания ветроэнергетической установки 1000 накладываются также периодические или другие внутренние и наружные силы для возбуждения колебаний. В частности, установлено, что вызываемые ветром колебания, прежде всего, порывами ветра или сменой завихрений, могут приводить к сравнительно сложным колебательным явлениям, в частности, в нижнем диапазоне частот. Периодические и сравнительно высокочастотные возбуждения колебаний могут возникать за счет того, что две стоящие друг за другом ветроэнергетические установки на основании срыва завихрений связываются друг с другом, что называется также бафтингом. В целом влияние потоков воздуха может приводить к тому, что близко стоящие друг к другу ветроэнергетические установки подвергаются расширяющим и изгибающим, соответственно, торсионным колебаниям, как, например, при автоколебаниях плохообтекаемых конструкций или при флаттере. В частности, такие и другие возбуждения роторных лопастей приводят дополнительно к продольному моменту гондолы 1002 и к спектру возбуждения башни 1001 с формами колебаний вне первой собственной частоты.
Позицией НА обозначена подвесная ось модуля 100 гасителя колебаний, которая по существу параллельна оси SA симметрии гасящего колебания устройства 200, которое показано подробнее на фиг. 1 и 8 и 9, при этом ось SA симметрии по существу соответствует оси ТА башни.
На фиг. 1В показана в качестве примера амплитуда более высокой, в данном случае второй собственной частоты колебаний башни 1001. Точное значение максимальной амплитуды колебаний башни 1001 может быть, например, моделировано или измерено; так, известно, что четные собственные моды выше первой собственной частоты возникают в зоне над половиной высоты башни 1001. Было установлено, что особенно надежное уменьшение таких амплитуд может достигаться с помощью уменьшающего колебания устройства с уменьшающим колебания модулем, которое расположено примерно на высоте максимальной амплитуды колебаний.
В качестве основы особенно предпочтительным является модуль 100 гасителя колебаний, соответственно, гасящее колебания устройство 200, показанное на фиг. 4-9. Оно может быть предпочтительно дополнительно расширено с помощью демпфирующих или активных регулирующих элементов, с целью достижения еще более широкополосного спектра гасимых частот с помощью дополнительного демпфера колебаний, соответственно, с помощью активных свойств демпфирования.
Настройка модуля 100 гасителя колебаний, соответственно, гасящего колебания устройства 200 является целесообразной с учетом различных конструктивных форм ветроэнергетической установки. Хотя частично более высокая собственная мода башни 1001, соответственно, ветроэнергетической установки 1000 является независимой от направления ветра, однако при необходимости частично целесообразно также устанавливать зависимые от направления ветра свойства гашения колебаний.
Основой данного варианта выполнения является модуль 100 гасителя колебаний, соответственно, гасящее колебания устройство 200, которое для гашения колебаний установлено примерно на 2/3 высоты башни 1001, т.е. примерно на высоте максимальной амплитуды более высоких колебаний, как показано на фиг. 8 и 9. Сначала в качестве чисто гасящего и пассивного элемента, вариант выполнения модуля 100 гасителя колебаний, соответственно, гасящего колебания устройства 200, рассчитанный, в частности, на номинальный срок службы ветроэнергетической установки, можно использовать для очень широкого температурного диапазона от -40°С до +60С°.
Модуль 100 гасителя колебаний, соответственно, гасящее колебания устройство 200, описание которого приводится ниже, можно регулировать посредством установки так называемой эффективной маятниковой длины, хотя без изменения фактической длины подвесной системы и/или без изменения маятниковой массы, относительно частоты гашения на паразитную частоту; тем самым возможна тонкая настройка всей уменьшающей колебания частичной зоны. В данном случае должна уменьшаться собственная частота 1,48 Гц в диапазоне частот от 0,4 до 3 Гц.
System
Tilger
System
System
System
Tilger
Tilger
На фиг. 2А показана схематично в качестве примера система 2000, например, для ветроэнергетической установки 1000, с уменьшающим колебания устройством 200 в соединении со способной колебаться конструкцией, например, башней 1000 ветроэнергетической установки 1001, с образованием связанной системы 2000 из устройства 200 и ветроэнергетической установки 1000, с массой m ветроэнергетической установки 1000 и гасящей массой m, т.е. по существу маятниковой массой 110. Обозначенное позицией S направление стрелки задает ось симметрии башни 1001 ветроэнергетической установки 1000. Возможность колебаний и демпфирования представлена модулем C упругости и постоянной d затухания, соответственно, для гасителя колебаний модулем C упругости и постоянной d затухания. Модули упругости определяют частоту гашения гасителя колебаний относительно паразитной частоты системы, т.е. служат, прежде всего, для установки частоты гашения, с целью повышения гасящего и возможно дополнительно демпфирующего действия гасителя колебаний.
0
E
m
E
E
1
2
E
E
1
2
1
2
На фиг. 2В показана для модели на фиг. 2А результирующая амплитуда паразитного колебания SA при собственной частоте f паразитных колебаний без уменьшающих колебания, в частности, без гасящих колебания мер. Позицией SA обозначен ход изменения уменьшенной амплитуды колебаний, при этом используется динамический гаситель колебаний, который сам по себе выполнен без демпфирования и пассивным. Как в общем случае, так и в показанной на фиг. 2А связанной системе 2000, собственная частота f показанных колебаний разделяется на две лежащие вблизи друг друга вокруг собственной частоты f паразитных колебаний частот f, f. Преимуществом является практически полное гашение, во всяком случае сильное уменьшение амплитуды на частоте f по меньшей мере на 2/3 первоначального значения. При необходимости следует учитывать, что снаружи собственной частоты f получаются сравнительно небольшие амплитуды разделенных частот f, f. В частности, по этой причине может быть целесообразным снабжение показанного здесь варианта выполнения гасителя колебаний дополнительным демпфированием, соответственно, активным регулированием, с целью уменьшения также амплитуд разделенных частот f, f связанной системы 2000.
На фиг. 3 схематично показан принцип действия выполненной в виде маятниковой системы гасящей колебания системы 3000. В точке 0 подвески на конструктивном блоке В подвешен определяемый центром S тяжести маятник 3001 длины 1 с массой m маятника при угле ϕ отклонения относительно подвесной оси НА и с эластичной пружинной связью, определяемой модулем С упругости, с конструктивным блоком В. В уравнение движения гасящей колебания системы 3000 входит, наряду с длиной 1 маятника и массой m маятника, также модуль С упругости и расстояние а до точки 0 подвески, как указано, например, в книге Петерсена «Динамика строительных конструкций» (Vieweg 2000, 1-е издание, Мюнхен). За счет соответствующей, изображенной в виде пружины эластичной, соответственно, демпфирующей связи С, представленная своим центром S тяжести маятниковая масса способна отклоняться на определенный угол; при этом модуль С упругости приводит к изменению собственной частоты маятника, т.е. служит здесь, прежде всего, для установки частоты гашения, с целью увеличения гасящего и возможно демпфирующего действия устройства 200.
v
В целом можно устанавливать длину а пружины в соответствии с законом Гука при знании модуля упругости и удлинения, соответственно, сокращения в виде F=C*Δl, соответственно, в случае предварительного напряжения в виде F=C*(L±Δl)
На фиг. 4А схематично показан особенно предпочтительный вариант выполнения модуля 100 гасителя колебаний для показанного на фиг. 8 гасящего колебания устройства 200 для применения в показанной на фиг. 1 и 9 ветроэнергетической установке 1000. Модуль 100 гасителя колебаний предназначен для подвесной установки на гасящем колебания устройстве 200, и через него на сегменте 1100 башни ветроэнергетической установки 1000. Модуль 100 гасителя колебаний имеет для этого маятниковую систему 101 с маятниковой массой 110 и с подвесной системой 120 для подвески маятниковой массы 110 на опорной структуре 150. Подвесная система 120 имеет, наряду с подвеской 130 маятниковой массы, которая с помощью подвесной головки 170 закреплена на опорной структуре 150, также несколько маятниковых пружинных элементов 140, которые проходят между маятниковой массой 110 и опорной структурой 150 в направлении подвесной оси НА модуля 100 гасителя колебаний; подвесная ось НА соответствует по существу показанной на фиг. 1 оси ТА башни.
Подвесная система 120 показана в данном случае для отклоненного на угол ϕ относительно подвесной оси НА центра S тяжести маятниковой массы 110. В не отклоненном состоянии показанные здесь оси FA пружин маятниковых пружинных элементов 140, а также оси РА подвески 130 маятниковой массы проходят по существу параллельно подвесной оси НА, соответственно, в отклоненном состоянии с отклонением ϕ относительно подвесной оси НА.
Кроме того, на фиг. 4В показано, что по окружности вокруг подвесной оси НА с симметричным угловым расположением распределены восемь маятниковых пружинных элементов 140; в показанном здесь варианте выполнения модуля 100 гасителя колебаний они ориентированы вертикально, т.е. своими осями FA пружин в неотклоненном состоянии параллельно подвесной оси НА и в отклоненном состоянии по существу параллельно маятниковой оси РА подвески 130 маятниковой массы.
E
Как будет пояснено ниже со ссылками на фиг. 5 и 7, пружинные элементы 140 предпочтительно предназначены для регулирования модуля 100 гасителя колебаний. Используемый в реальных условиях модуль 100 гасителя колебаний должен быть выполнен в принципе регулируемым, с целью выбора частоты f гашения относительно спектра F частот паразитных колебаний, в частности, с целью настройки частоты f гашения на собственную частоту f. Эта необходимость настройки может возникать, например, за счет обусловленных технологией изготовления допусков, таких как геометрические отклонения, отклонения массы и отклонения модулей упругости пружин в ветроэнергетической установке, даже когда имеется возможность вычисления спектра паразитных частот при выборе конструкции.
В принципе, в показанном подробно на фиг. 5 модуле 100 гасителя колебаний предусмотрена возможность регулирования маятниковых пружинных элементов 140, при этом предпочтительно без трудоемкого изменения длины подвески 130 маятниковой массы. Это обеспечивает так же то преимущество, что подвеска 130 маятниковой массы целенаправленно выполнена для устойчивой, не требующей технического обслуживания и одновременно простой конструкции подвесной системы 120.
В частности, в рамках данного варианта выполнения, а также в целом в соответствии с концепцией усовершенствования изобретения установлено, что изменение предварительного напряжения маятниковых пружинных элементов 140, в частности, посредством изменения длины предварительного напряжения выполненной в виде пружины сжатия пружины 141 маятникового пружинного элемента 140, можно достигать аналогичного эффекта как с помощью увеличения маятниковой массы или изменения маятниковой длины. В данном случае это обстоятельство описывается с помощью изменения эффективной длины маятника, при этом имеется в виду эффективное, но не пространственное удлинение или изменение маятниковой длины 1, лишь за счет выполнения предварительного напряжения пружин маятникового пружинного элемента 140, в частности, регулирования силы сжатия пружины сжатия маятникового пружинного элемента 140 с помощью длины пружины 141.
В частности, как показано на фиг. 4, предусмотрено дополнение маятниковой опоры с пружинами сжатия несколькими маятниковыми пружинными элементами 140; давление прикладывается в данном случае к восьми пружинам сжатия с помощью пластины 151 опорной структуры. Маятниковые пружинные элементы 140 равномерно распределены вдоль периметра. Регулировочное средство для регулирования пружинной длины для маятниковых пружинных элементов 140 выполнено так, что обеспечивается возможность преобразования заданного движения юстировки в регулирующее давление возвратно-поступательное движение.
Расположение в данном случае восьми маятниковых пружинных элементов 140 с распределением по окружности, обеспечивает во всех направлениях движения максимально равномерное подпружинивание маятниковой массы 110 относительно пластины 151 опорной структуры, при этом с технически приемлемыми затратами. Кроме того, более высокое количество маятниковых пружинных элементов 140 приводит к уменьшению зависимости от направления маятниковых свойств. В данном случае особенно предпочтительно, что маятниковые пружинные элементы 140 воздействуют на опорную структуру 150 практически на той же высоте, что и подвеска 110 маятниковой массы, а именно, что точка воздействия находится в одной плоскости пластины 151 опорной структуры.
На фиг. 5 подробно показан модуль 100 гасителя колебаний с маятниковой системой 101 на опорной структуре 150. Опорная структура 150 имеет пластину 151 опорной структуры, на нижней стороне которой в вертикальном направлении, т.е. вдоль подвесной оси НА, закреплена в подвешенном состоянии маятниковая система с подвесной системой 120 для подвески маятниковой массы 110.
Сама пластина 151 опорной структуры удерживается на своей верхней стороне профильной балкой 201 гасящего колебания устройства 200. Профильная балка 201 может быть закреплена, например, на сегменте 1100 башни 1001 ветроэнергетической установки 1000.
Кроме того, профильная балка 201 удерживается с помощью тягового и натяжного приспособления 210. Тяговое и натяжное приспособление 210 выполнено с возможностью изменения по длине. На своем нижнем конце тяговое и натяжное приспособление 210 имеет шарнир 211, на котором установлен с возможностью перестановки по углу крепежный профиль 212 и введен в приемную зону профильной балки 201. Крепежный профиль 212 и профильная балка 201 пронизаны с двух сторон несущим винтом 213, который упирается на обеих сторонах на наружную сторону профильной балки 201, в частности, в данном случае законтрен с помощью гайки.
Пластина 151 опорной структуры обеспечивает на одинаковой высоте плоскую упорную поверхность на своей нижней стороне, с одной стороны, для шарнирной головки 131 на подвесной головке 170 подвески 130 маятниковой массы; при этом шарнирная головка 131 имеет выполненный в виде подшипника скольжения маятниковый подшипник 160, который образован между опорным пальцем 161 и гнездом 162 для опорного пальца.
Подвесная головка 170 показана отдельно на фиг. 6, при этом показано выполнение шарнирной головки 130 с несущей пластиной гнезда 162 для опорного пальца и внутренним кольцом 171 на опорном пальце 161. Несущая пластина 172 гнезда 162 для опорного пальца в данном варианте выполнения закреплена на пластине 151 опорной структуры с помощью винтовых соединений 152, которые упираются в нижнюю сторону несущей пластины 172 и в верхнюю сторону пластины 151 опорной структуры. Профильная балка 201 может быть, например, сварена на своей стыковочной кромке с пластиной 151 опорной структуры или закреплена по-другому с помощью замыкания по материалу, геометрического замыкания или силового замыкания.
Кроме того, гнездо 162 для опорного пальца имеет первую и вторую расположенную перпендикулярно несущей пластине 172 боковую пластину 174.1, 174.2. Каждая из боковых пластин 174.1, 174.2 имеет опорное отверстие 176.1, 176.2, которые предпочтительно выполнены для размещения с точной посадкой опорного пальца 161 вдоль опорной оси LA. Сам опорный палец 161 закреплен на наружной стороне второй боковой пластины 174.2 с помощью упора 163 опорного пальца 161. На первой наружной стороне первой боковой пластины 174.1 опорный палец 161 законтрен и имеет для этого наружную резьбу 165. Первая и вторая контргайка 162.1, 162.2 на наружной резьбе 165 находятся на расстоянии за счет подкладной шайбы 164 от первой наружной стороны первой наружной боковой пластины 174.1, и с помощью шплинта 166 на конце опорного пальца 161 дополнительно защищены от отвинчивания. Гайки 162.1, 162.2 предпочтительно выполнены каждая в виде шестигранной гайки. Между боковыми пластинами 174.1, 174.2 удерживается внутреннее кольцо 171 опорного пальца 162 посредине с зазором между боковыми пластинами 174.1, 174.2 с помощью распорной втулки 168.
На обращенной к опорному пальцу внутренней стороне внутреннего кольца 171 образована образующая подшипник скольжения поверхность скольжения. Кроме того, внутреннее кольцо 171 на своих обращенных к боковым пластинам 174.1, 174.2 наружных сторонах уплотнено с помощью манжетного уплотнения 169. Манжетные уплотнения 169 выполнены в данном случае из полиуретана и имеют тем самым хорошую холодную эластичность и небольшие возвратные силы.
Внутреннее кольцо 171 образует с помощью своей прилегающей с точной пригонкой к опорному пальцу 161 поверхности скольжения вместе с обращенной к поверхности скольжения внутреннего кольца поверхностью скольжения опорного пальца 161 подшипник скольжения. Поверхности скольжения подшипника скольжения выполнены в данном случае из стали для подшипников качения. Все конструктивные элементы шарнирной головки 131, также как опорный палец 161, а также гнездо 162 для опорного пальца снабжены защищающим от коррозии цинковым покрытием. Дополнительно к этому или в качестве альтернативного решения, шарнирная головка, в частности, также при необходимости в зоне слоя скольжения, может быть снабжена тефлоновым слоем скольжения. Это уменьшает сопротивление трения и обеспечивает долговечность подшипника скольжения.
Шарнирная головка 131 продолжается в виде единого целого или с геометрическим замыканием маятниковой штангой 133 подвески 130 маятниковой массы. Маятниковая штанга 133 проходит по центру через маятниковую массу 110 и несет на своем нижнем конце 132 набор контргаек 133.1, 133.2 на подкладной шайбе 133.3, которые защищены от отвинчивания.
Между шарнирной головкой 131 и маятниковой штангой 133 предусмотрен продолжающий внутреннее кольцо в виде насадки элемент 135, который непосредственно примыкает к маятниковой штанге 133. Между образующим упор 136 насаженным элементом 135 расположена другая контргайка 134 на маятниковой штанге и закрепляет прижимную пластину 111 над маятниковой массой 110. Маятниковая масса 110 расположена неподвижно между прижимной пластиной 111 и подкладной шайбой 133.3 в соответствии с моментом затяжки контргаек 134, 133.1, 133.2.
Кроме того, на фиг. 5 и 7 показано несколько маятниковых пружинных элементов 140 в направлении подвесной оси НА между маятниковой массой 110 и нижней стороной пластины 151 опорной структуры. Подробно части показаны на фиг. 7, при этом маятниковый пружинный элемент 140 имеет относительно пластины 151 опорной структуры выполненную в виде пружины сжатия пружину 141. Маятниковый пружинный элемент 140 имеет также регулировочный механизм 180, первая часть 180.1 которого расположена над пластиной 151 опорной структуры, а вторая часть 180.2 - под пластиной 151 опорной структуры. Кроме того, регулировочный механизм 180 имеет третью, находящуюся на направляющей штанге часть 180.3, которая предназначена конкретно для смещения второй части 180.2 относительно первой части 180.1.
Конкретно для этого предусмотрена пружинная тарелка 181 под пластиной 151 опорной структуры и на расстоянии от нее в качестве основания для второй части 180.2. Пружинная тарелка 181 удерживает выполненную в виде пружины сжатия пружину 141 под пружинной тарелкой 181 под напряжением сжатия, так что она предварительно напряжена с укорачиванием ее длины. Расстояние ED для регулирования длины а пружины можно устанавливать с помощью указанной выше третьей части 180.3 регулировочного механизма 180.
Несущий профиль 182 удерживает с образованием первой части 180.1 регулировочного механизма 180 над пластиной 151 опорной структуры изменяемо регулируемый регулятор 183 в качестве третьей части 180.3 регулировочного механизма. Регулятор 183 является частью системы предварительного напряжения пружин, которая опирается на первую часть 180.1 в виде несущего профиля 182 и которая обеспечивает предварительное напряжение сжатия с помощью первой части 180.1 на пружинной тарелке 181 и над ней в пружине 141. Третья часть 180.3 с регулятором 183 обеспечивает в данном случае преобразование вращательного движения в возвратно-поступательное движение. Для этого регулятор 183 выполнен по существу в виде ходового винта.
Трение на концах пружин при установке длины предварительного напряжения удерживается возможно меньшим. Кроме того, обеспечивается, что пружинная тарелка 181 при вращении направляющей штанги не вращается. Для обеспечения этого ходовой винт регулятора 183 снабжен зоной, которая имеет квадратную форму, а именно, в данном случае квадратный профиль 190Q. В зоне квадратного профиля 190Q направляется направляющая штанга 190. Для этого в данном случае круглые полимерные втулки снабжены квадратным отверстием и вклеены с помощью двухкомпонентного промышленного клея. В более простом варианте выполнения квадратное отверстие в пластине 151 опорной структуры может быть выполнено, например, фрезеровано с помощью фрезы.
Ходовой винт регулятора 183 имеет направляющую штангу 190 с квадратным профилем 190Q в среднем участке, который находится в выполненном в данном случае в виде обратного U-образного профиля несущем профиле 182. Квадратный профиль 190Q окружен с обеих сторон первой и второй шестигранными гайками в качестве контргаек 191.1, 191.2 с соответствующими подкладными шайбами 191.1U, 191.2U. Кроме того, направляющая штанга 190 проходит через находящуюся в пластине 151 опорной структуры, а именно, введенную в ее отверстие 153, направляющую втулку 193.
Кроме того, направляющая штанга 190 проходит через пружинную тарелку 181, при этом без направляющей втулки между расширенным цилиндрическим профилем 190Z направляющей штанги 190 и резьбовой насадкой 190G направляющей штанги 190. Для образования расширенного цилиндрического профиля 190Z направляющая штанга 190 может иметь также узкое поперечное сечение и проходить им через втулку или аналогичную гильзу для образования наружного профиля цилиндрического профиля 190Z. На лежащем противоположно квадратному профилю 190Q конце направляющей штанги 190 расположена резьбовая насадка 190G, которая окружена подкладной шайбой и двумя контргайками 192.1, 192.2, при этом одна из них выполнена в виде шестигранной гайки, другая - в виде колпачковой гайки.
На фиг. 8 показан предпочтительный вариант выполнения гасящего колебания устройства 200 в данном случае с четырьмя модулями 100.1, 100.2, 100,3, 100.4 гасителя колебаний. Показанная на фиг. 5 профильная балка 201, в данном случае в виде профильной балки 201.1 и профильной балки 201.2, закреплена по бокам с помощью фланцев или аналогичных установочных конструкций 230 в сегменте 1100 башни. В данном случае для первой профильной балки 201.1 предусмотрена первая короткая перемычка 230.1 с расположенным на концевой стороне отогнутым фланцем 231.1 и вторая, более длинная перемычка 230.2 с расположенным на концевой стороне вторым отогнутым фланцем 231.2, с целью обеспечения установки в соответствии с прохождением внутренней боковой стороны сегмента башни. При этом модули 100.1, 100.2, соответственно, 100.3, 100.4 гасителя колебаний закреплены попарно на профильной балке 201.1, соответственно, 201.2 опорной структуры 150. Дополнительно показаны, дополнительно к уже поясненным применительно к фиг. 5-7 признакам, регулируемая на растяжение тяговая конструкция 220, которая служит в качестве защиты от падения, которая в данном случае соединяет, например, маятниковую массу 110 с профильной балкой 201.1, соответственно, 201.2.
Конструкция модуля 100 гасителя колебаний, соответственно, устройства 200 может быть встроена в сегмент 1100 башни с хорошим доступом и тем самым, прежде всего, без необходимости технического обслуживания и стойко к износу. На модуле 100 гасителя колебаний, соответственно, гасящем колебания устройстве 200 могут быть предусмотрены буферы, с целью пространственного ограничения максимального отклонения модуля и тем самым защиты сегмента 1100 башни от повреждений. Как показано на фиг. 9, гасящее колебания устройство 200 может быть доступным через цоколь 300. Платформа 310 цоколя 300 расположена над образованной с помощью профильных балок 201.1, соответственно, 201.2 платформы. Цоколь 300 имеет ограждение 320 для ограничения свободного пространства вдоль оси ТА башни, через которое возможен доступ к гасящему колебания устройству 200; для этого ограждение 320 может быть снято или обойдено. Таким образом, длину пружин маятникового пружинного элемента 130 можно устанавливать с помощью стандартного инструмента и сравнительно просто. Кроме того, длину пружин можно устанавливать с возможностью калибровки и измерения; в целом можно сравнительно просто и детерминированно регулировать гасящее колебания устройство 200 со сравнительно небольшими затратами.
Перечень позиций
100 Модуль гасителя колебаний
100.1, 100.2, 100.3, 100.4 Модули гасителя колебаний
101 Маятниковая система
110 Маятниковая масса
111 Прижимная пластина
120 Подвесная система
130 Подвеска маятниковой массы
131 Шарнирная головка
132 Нижний конец
133 Маятниковая штанга
133.1, 133.2 Контргайка набора контргаек
133.3 Подкладная шайба
134 Другая контргайка
135 Насадка
136 Упор
140 Маятниковый пружинный элемент
141 Пружина
150 Опорная структура
151 Пластина опорной структуры
152 Винтовое соединение
153 Отверстие
160 Маятниковый подшипник
161 Опорный палец
162 Гнездо для опорного пальца
162.1, 162.2 Гайка/контргайка
163 Упор
164 Подкладная гайка
165 Наружная резьба
166 Шплинт
168 Распорная втулка
169 Манжетное уплотнение
170 Подвесная головка
171 Внутреннее кольцо
172 Опорная пластина
174.1, 174.2 Боковая пластина
176.1, 176.2 Опорное отверстие
180 Регулировочный механизм
180.1 Первая часть
180.2 Вторая часть
180.3 Третья часть
181 Пружинная тарелка
182 Несущий профиль
183 Регулятор
190 Направляющая штанга
190Z Цилиндрический профиль
190G Резьбовая насадка
190Q Квадратный профиль
191.1, 191.2 Контргайки
191.1U, 191.2U Подкладные гайки
192.1, 192.2, 192.3 Контргайки
193 Направляющая втулка
200 Гасящее колебания устройство
201 Профильная балка/несущий профиль
201.1, 201.2 Профильная балка/несущий профиль
210 Тяговое и натяжное устройство
211 Шарнир
212 Крепежный профиль
213 Опорный винт
220 Тяговая конструкция
230 Установочная конструкция
230.1 Первая перемычка
230.2 Вторая перемычка
231.1 Первый фланец
231.2 Второй фланец
300 Цоколь
310 Платформа
320 Ограждение
1000 Ветроэнергетическая установка
1001 Башня
1002 Гондола
1003 Ротор
1004 Лопасти ротора
1005 Ступица
1010 Грунт
1100 Сегмент башни
2000 Система
3000 Система гашения колебаний
3001 Маятник
В Конструктивный блок
С Эластичная, соответственно, демпфирующая связь
ED Расстояние
F Спектр частот
FA Ось пружины
НА Подвесная ось
LA Ось подшипника
РА Ось
S Центр тяжести
SA Ось симметрии
ТА Ось башни