Маятниковый гаситель колебаний высотных сооружений

 

Изобретение относится к наземному строительству, а именно к защите зданий от вибраций и сотрясений, и может быть использовано для защиты башен ветроэнергетических установок от колебаний. Цель изобретения - повышение эффективности гашения колебаний сооружений любого направления с разной частотой. Маятниковый гаситель колебаний закрепляется на башне 2 в двух точках: верхней и средней - для эффективного гашения колебаний по I и II тону. Он содержит инерционную массу 3, имеющую верхнюю и нижнюю жесткие оси 4 и 5, подвешенную на тросе 6. Вокруг массы 3 расположены надувные резинокордные оболочки 8, сообщенные с автономным источником управляющего давления. Над и под инерционной массой размещены пояса двухполостных гидроцилиндров 15, радиально размещенных в горизонтальной плоскости и шарнирно закрепленных основанием на корпусе 10, а штоком 16 шарнирно взаимодействующих жесткими осями 4. Одноименные полости диаметрально противоположных гидроцилиндров одного пояса и разноименные полости рядом расположенных гидроцилиндров верхнего и нижнего поясов сообщены попарно посредством трубопроводов, снабженных управляемыми дросселями. 5 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

rsi) s Е 04 В 1/98

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (Ь

Crd

О О

i apeak (21) 4731019/33 (22) 22.08.89 (46) 30.08.91. Бюл. Ю 32 (71) Конструкторское бюро "Южное" (72) В.М,Цымбал, В.А.Соколов. А.П.Лысогор, П.П.Лукьяненко. В.А.Петрушевский, Ю.Ю.Иванов, А.К.Гопак и В,В.Топал (53) 699.84 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1024567, кл. Е 04 В 1/98, 1972, (54) МАЯТНИКОВЫЙ ГАСИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ ВЫСОТНЫХ СООРУЖЕНИЙ (57) Изобретение относится к наземному строительству. а именно к защите зданий от вибраций и сотрясений. и может быть использовано для защиты башен ветроэнергетических установок от колебаний, Цель изобретения — повышение эффективности гашения колебаний сооружений любого направления с разной частотой. Маятниковый гаситель колебаний закрепляется на башне

„„5U ÄÄ 1673709 А1

2 в двух точках: верхней и средней для эффективного гашения колебаний по I и11тону, Он содержит инерционную массу 3, имеющую верхнюю и нижнюю жесткие оси 4 и 5, подвешенную на тросе б. Вокруг массы 3

pacnorожены надувные реэинокордные оболочки 8. сообщенные с автономным источником управляющего давления. Над и под инерционной массой размещены пояса двухполостных гидроцилиндров 15, радиально размещенных в горизонтальной плоскости и шарнирно закрепленных основанием на корпусе 10, а штоком 16 шарнирно взаимодействующих жесткими осями

4. Одноименные полости диаметрально противоположных гидроцилиндров одного пояса и разноименные полости рядом расположенных гидроцилиндров верхнего и нижнего поясов сообщены попарно посред1 ством трубопроводов, снабженных управляемыми дросселями. 5 ил., 1 табл.

1673709

Изобретение относится к наземному строительству, а именно к защите зданий от вибраций и сотрясений, и может быть использованодля защиты башен ветрознергетических установок от колебаний, Целью изобретения является повышение эффективности гашения колебаний сооружений любого направления с разной частотои.

На фиг. 1 изображена башня с двумя маятниковыми гасителями колебаний, установленными в верхней и средней точках, общий вид; на фиг. 2 — характер колебаний башни по I u II тону; на фиг. 3 — узел на фиг.

1 (маятниковый гаситель колебаний, вид сбоку); на фиг. 4 — вид А на фиг. 3 (маятниковый гаситель колебаний, вид сверху); на фиг.

5 — схема гидравлических связей между идроцилиндрами.

Маятниковый гаситель 1 колебаний закрепляют на башне 2 ветроэнергетической установки в двух точках: верхней и средней для эффективного гашения колебаний как по !, так и по II тону. Маятниковый гаситель содержит инерционную массу 3, имеющую верхнюю и нижнюю жесткие оси 4 и 5, подвешенную на тросе 6, закрепленном на кронштейне 7, установленном на корпусе башни 2, группу из нескольких равномерно расположенных вокруг инерционной массы

3 надувных резинокордных оболочек 8, закрепленных основанием 9 на жестком корпусе 10, который при помощи кронштейна

11 закреплен на корпусе башни 2.

Каждая реэинокордная оболочка 8 сообщена при помощи трубопровода 12, снабженного управляемым клапаном 13, с автономным источником 14 управляющего давления. Над инерционной массой 3 размещен верхний пояс двухполостных гидроцилиндров 15, радиально размещенных в горизонтальной плоскости и шарнирно закрепленных основанием корпуса на корпусе 10. а штоком 16 шарнирно взаимодействующих с осью 4. Под инерционной массой 3 размещен нижний пояс двухполостных гидроцилиндров 17, радиально размещенных в горизонтальной плоскости и шарнирно закрепленных основанием корпуса на корпусе 10, а штоком 18 шарнирно взаимодействующих с осью 5.

Для башни 2 высотой 22 м предлагается использовать инерционную массу 3 из стального куба с размерами 0,4х0,4х0,4 м, массой гп1 = 500 кг (5 от массы башни), подвешенного на тросе 6 длиной = 0,78 м, что обеспечивает собственную частоту колебаний fo = 1Гц, равной нижнему значению собственной частоты колебаний башни 2. В

15

55 качестве резинокордных оболочек используют четыре оболочки PKO типа НР— 258.

Зависимость частоты fo (1/c) подпружиненного маятника от давления P (кг/см ) приведена в таблице.

Из таблицы видны широкие возможности настройки гасителя по частоте в пределах одной конструкции — простой перестройкой давления в демпферах возможно осуществить динамическое гашение колебаний башни ВЭУ по !, II, III u IV тону, Особо важное значение имеет обеспечиваемая перестройкой гасителя возможность гашения колебаний башни от вибрационной нагрузки, создаваемой лопастями ротора, который, раскручиваясь от f = 0 до f =- 2,7-3

Гц, генерирует пульсирующую нагрузку на башню, совпадающую по мере разгона по частоте с частотами !, Il, II! тона башни.

Настройку гасителя на "противодействие" возмущению этой силой производят аналогично по вибродатчикам ВИП-1 и ВИП-2. В конечном итоге, резонансный гаситель, учитывая системой управления возмущающий суммарный сигнал сложной формы, гасит основную часть вибрационной энергии его (основной тон), совпадающую по частоте тона башни. При необходимости — второго тона и т.д. Управляющая ЭВМ анализирует возмущающие силы (от лопасти. от ветра) и осуществляет управление демпфером по укаэанному алгоритму, Каждый гидроцилиндр 15(17) содержит шток 16(18), переднюю полость 19 (со стороны штока 16(18). поршень 20, заднюю полость 21, Гидроцилиндры связаны системой синхронизирующих трубопроводов следующим образом: диаметрально противоположные гидроцилиндры 15(17) в своем поясе сообщены попарно между собой — их одноименные полости сообщены между собой, т.е. полость 19 левого гидроцилиндра 15(17) (фиг, 5) при помощи трубопровода 22 с управляемым дросселем 23 сообщена с аналогичной полостью 19 правого гидроцилиндра

15(17), а полость 21 левого гидроцилиндра

15(17) при помощи трубопровода 24 с управляемым дросселем 25 сообщена с аналогичной полостью 21 правого гидроцилиндра

15(17).

Рядом расположенные гидроцилиндры

15(17) между верхним и нижним поясами попарно связаны между собой следующим образом. передняя полость 19 одного гидроцилиндра 15(17) при помощи трубопровода

26 с управляемым дросселем 27 сообщена с задней полостью 21 другого гидроцилиндра

15(17), а его задняя полость 21 при помощи трубопровода 28 с управляемым дросселем

18 13709

10

20

29 сообщена с передней полостью другого гидроцилиндра 15(17).

Работа устройства осуществляется следующим образом, Гидросистему гидравлических цилиндров 15 и 17 заполняют маслом, удаляют воздушные пробки, проверяют пневмосхему наддува оболочек 8 — наличие воздуха в источнике 14, Все дроссели 23. 25, 27. 29 ставят в положение "Открыто". Осуществляют настройку комплексного гасителя 1 первого тона, расположенного в верхней части башни 2. Для этого во все четыре оболочки

8 подают одновременно одинаковое давление (в соответствии с таблицей, исходя из требуемой частоты колебаний 1,0-1,5 Г).

Контроль колебаний верхушки башни 2 производят в двух перпендикулярных плоскостях I — Ill u Il — tV при помощи двух низкочастотных вибропреобраэователей (ВИП-1 и ВИП-2), установленных на верхней площадке башни 2 взаимно перпендикулярно на одной бобышке (не показаны). Контроль колебаний массы 3 производят также при помощи аналогичных виброп реобразователей(ВИП-3 и ВИП-4), установленных на массе 3 (не показано).

При подходе давления в оболочках 8 к расчетному необходимо след,ITb за показаниями ВИП-1, ВИП-2, ВИП-З, ВИЧ-4. Поминимуму показаний ВИП-1 и ВИП-2 нах.:дим реальную резонансную частоту Ьаш. и 2 f)r; ВИП3 и ВИП-4 контролируем состояние ма сы 3, во избежание ее ударов об упоры, в части максимальной амплитуды колебаний мас:ь

3 при резонансе. Найдя резонансную <астоту башни 2 в совместной работе с гасителем, уходим по частоте "вниз" примерно на 5 4 в зону устойчивости работы системы, для чего несколько понижаем давление во всех четырех оболочках 8.

Далее настраиваем гаситель колебаний по направлению ветра, для чего изменяем давление в парах диаметрально противоложных оболочек 8, Изменяя в небольших пределах давление в оболочках 8 плоскости

1-III. находим резонанс в этой плоскости.

Аналогично изменяя в небольших пределах давление в оболочках 8 в плоскости ti-tV, находим резонанс в этой плоскости. Давление в парах оболочек 8 несколько отличается. Здесь мы учитываем неравную жесткость башни 2 при изгибе вокруг осей

1 — И и II — IV, настраиваем систему на максимальное гашение колебаний вокруг реальной оси, положение которой определяется реальным направлением ветра.

Настройка оптимального демпфирования осуществляется следующим образом.

Для обь .ктиг>но о пОискс оптимального де.. г фирога ия на управлаемых дросселях

23 25 27. 2о усган,;г ii вают электротермометры с выход,>л i а с,;;eлочные приборы (не показаны). Принц, l г оиска — работа качания башни 2 трансформируется в противпфазную работу:ач ния массы 3 гасителя.

Гидроцилиидры 15 в доосселях 23, 25, 27,29 трансформируют механическую энергию колебз»ий магсы 3 в renno. в нагрев масла. т.е. максимальная относительная темпераТм То т ра fласла Т,„=- — — = — — дает точку оптиТо мального демпфирования, где Тн измеренная температура масла в дросселе

23, 25, 27, 29; Т, — начальная температура масла (температура окружающей среды).

Маневрируя открытием — закрытием дросселей 23 25, 27. 29 контролируя параметры кO/låáании башни 2 и массы 3, находим положение дросселей 23, 25, 27, 29 при максимальной относительной температуре масла. 3 результате обеспечивается оптимальная сrâìeñòíàq работа комплексной системы гашения из пневмооболочек 8 и гидроцилиндров 15, 17 при радиальных колебаниях любого направления верхушки башни 2 по t тону колебаний, а также при угловых кплебани . массы .. когда, помимо диаме рально противоположных гидроцилиндров 15 и 17 начинают совместно работать и пары рядом расположенных гидроцилиндров 15 и 17. чь:. разноименные полости 19 и 21 соединены между собой, Настройку гас -телч 1 колебаний второго тона 1 в среднеи части башни 2) производят аналогичным образом, необходим только ровный и сильный ветер, который мог бы возбуждать устойчивые колебания второго тона при настройке в натурных условиях. При серийном выпуске основную настройку производят в лабораторных условиях.

9 экстремальных ситуациях (сильные порывы ветра нерасчетной силы) дроссели

23, 2, 27, 29 закрываются, в результате чего гидроцилиндры 15 и 17 запираются и фиксируют массу 3, исключая ее колебания.

Башня 2 в динамике приобретает минимальную жесткость и "свободно" гнется. После ее выпрямления дроссели 23, 25. 27, 29 снова открываются и система продолжает обеспечивать оптимальные демпфирование колебаний.

Комбинированная настраиваемая система обеспечивает высокоэффективное гашение колебаний башни ВЭУ любого направления в диапазоне частот первого и второго тона, точную настройку и управле1Г) 73 709

Формула изобретения

1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2.2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3, 0,71 0,89 0,98 1.14 1,31 1 49 1,,68 1,89 2,11 2,33 2.57 2.82 l3.08 3,36 3,65 3.93 4.25 4,57 4,90 5.25

1 1

Фи2. Z ние, имеет компактную модульную конструкцию, которую можно смонтировать в Il юбом удобном месте на башне, практически исключает силовое ударное воздействие на корпус башни со стороны гасителя колеба- 5 ний. При необходимости непрерывного регулирования эту работу делает ЭВМ, 10

Маятниковый гаситель колебаний высотных сооружений, включающий инерционную массу, подвешенную на тросе, и ограничитель качания, выполненный в виде воздушного демпфера, о т л и ч а ю щ и и - 15 с я тем, что, с целью повышения эффективности гашения колебаний сооружений любого направления с разной частотой, он снабжен размещенными над и под инерционной массой поясами горизонтально установленных двухполостных гидроцилиндров. шарнирно закрепленных на сооружении. при этом воздушный демпфер выполнен в виде равномерно расположенных вокруг инерционнои массы надувных сильфонов из реэинокордных оболочек, сообщенных с автономными источниками управляющего давления, а инерционная масса имеет жесткие оси, с которыми взаимодействуют штоки гидроцилиндров, причем одноименные полости диаметрально расположенных гидроцилинА ров в каждом поясе и разноименные полости рядом расположенных гидроцилиндров в верхнем и нижнем поясах попарно сообщены между собой посредством перепускных трубопроводов с управляемыми дросселями.

1673709

Редактор С.Лисина

Заказ 2902 Тираж 432 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по Изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Г/

Г/

/Х

21

Составитель Г.Смиренная

Техред М.Моргентал Корректор С,Шевкун