Система снижения вибрационной нагрузки для ветровой турбины
Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано в ветровых турбинах для снижения вибрационных нагрузок. Ветровая турбина содержит башню, гондолу, поддерживаемую на верхнем конце башни, ротор, имеющий, по меньшей мере, одну лопасть и установленный на гондоле, и систему снижения вибрационной нагрузки, расположенную либо на верху башни, либо на гондоле. Система снижения вибрационной нагрузки включает в себя основание, по меньшей мере, две колонны, проходящие от основания, и текучую массу, расположенную внутри основания и, по меньшей мере, двух колонн, при этом указанное основание осуществляет противодействие повороту гондолы относительно указанной башни. На указанном основании между колоннами выполнен клапан. Текучая масса может быть в виде жидкости и шариков и выбрана таким образом, что скорость ее потока смещается в противофазе с частотой изгибных колебаний башни. Использование изобретения обеспечит снижение как вибрационных, так и усталостных нагрузок. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.
Изобретение в основном относится к ветровым турбинам и более конкретно к системе снижения вибрационной нагрузки для ветровой турбины.
В течение работы ветровые турбины подвергаются воздействию нагрузки двух типов. Одной из них является временная нагрузка, которая наблюдается при максимально сильном порыве ветра, действующего на лопасти ротора ветровой турбины, или при максимально сильном разбивании волны на морских бурильных площадках. Нагрузкой второго типа является усталостная нагрузка относительно небольшой величины, которая повторяется в течение намного большего периода времени. Нагрузка этого типа наблюдается при обычном вихревом движении ветра и регулярном разбивании волны в морских условиях. Распространенные меры противодействия ситуации максимально возможной нагрузки включают в себя изменение шагового угла до флюгерного положения и создание отвечающей требованиям конструкции вышки путем соответствующего выбора материала и усиления конструкции. В дополнение к этому устройство противодействия вибрации может способствовать ослаблению экстремальной нагрузки, а также снижению усталостных нагрузок.
Динамическая нагрузка на ветровую турбину представляет собой вибрацию в башне, создаваемую единственной максимальной пиковой нагрузкой или периодической возбуждающей силой ветра или волны. Обычно проектирование башни жесткой конструкции представляет собой простое и надежное решение для обеспечения противодействия нагрузкам. Однако, когда ее высота превышает 60-70 м, это решение не всегда является практичным, поскольку необходима очень большая масса используемого материала. Поэтому жесткость должна поддерживаться настолько низкой, насколько это практически возможно, что приводит к “мягкой” конструкции башни и к возможности более сильной вибрации.
Одно решение, предназначенное для снижения вибрационной нагрузки на башню ветровой турбины, раскрыто в WO 00/77394, где используется квадратная коробка, частично заполненная жидкостью для демпфирования колебаний первой собственной частоты изгибных колебаний ветровой турбины. Коробка обеспечивает однонаправленное демпфирование вибраций в башне ветровой турбины вдоль двух прямых сторон. Однако, поскольку вибрации в башне могут быть многонаправленными, это решение не является эффективным относительно вибраций в башне по всем направлениям.
Примерные варианты осуществления изобретения охватывают ветровую турбину, которая включает в себя башню, гондолу, поддерживаемую на верхнем конце башни, ротор, имеющий, по меньшей мере, одну лопасть и установленный на гондоле, и систему снижения вибрационной нагрузки, расположенную либо на башне, либо на гондоле. Система снижения вибрационной нагрузки включает в себя основание, по меньшей мере, две колонны, проходящие от основания, и текучую массу, расположенную внутри основания и, по меньшей мере, двух колонн.
Дополнительные примерные варианты осуществления изобретения охватывают ветровую турбину, которая включает в себя башню, гондолу, поддерживаемую на верхнем конце башни, ротор, имеющий, по меньшей мере, одну лопасть и установленный на гондоле, и систему снижения вибрационной нагрузки, расположенную либо на башне, либо на гондоле. Система снижения вибрационной нагрузки включает в себя средство для снижения многонаправленной вибрации, происходящей в башне. Средство для снижения многонаправленной вибрации осуществляет противодействие первой частоте изгибных колебаний башни.
В дополнительных примерных вариантах осуществления изобретения раскрыт способ для снижения вибраций в ветровой турбине. Способ включает в себя обеспечение системы снижения вибрационной нагрузки в башне ветровой турбины, эксплуатацию ветровой турбины так, чтобы башня подвергалась многонаправленной вибрации, и снижение многонаправленной вибрации посредством системы снижения вибрационной нагрузки.
Теперь обратимся к чертежам, на которых подобные элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями на нескольких чертежах, на которых:
фиг.1 - вид ветровой турбины с системой снижения вибрационной нагрузки;
фиг.2 - иллюстрация соответствующих осей и поворотной вибрации вокруг каждой оси, соответствующей ветровой турбине на фиг.1;
фиг.3 - вид системы снижения вибрационной нагрузки, расположенной на гондоле ветровой турбины;
фиг.4 и 5 - вид системы снижения вибрационной нагрузки, расположенной вблизи верха башни ветровой турбины;
фиг.6 - вид сверху системы снижения вибрационной нагрузки, расположенной на башне ветровой турбины и имеющей восемь колонн;
фиг.7 - вид сбоку системы снижения вибрационной нагрузки на фиг.6;
фиг.8 - вид сверху системы снижения вибрационной нагрузки, расположенной внутри башни ветровой турбины и имеющей четыре колонны; и
фиг.9 - вид сбоку системы снижения вибрационной нагрузки на фиг.8.
На фиг.1 показана ветровая турбина 10, имеющая ротор 12, который включает в себя ряд лопастей 14 и ступицу 15. Ротор 12 установлен на гондоле 16, которая расположена на верху башни 18. Гондола 16 содержит редуктор и генератор (не показаны). Ветровая турбина 10 включает в себя систему 20 снижения вибрационной нагрузки, которая может быть размещена в пределах верхних 20% башни или на верхней части башни 18. Когда система 20 снижения вибрационной нагрузки находится на верхней части башни 18, система снижения вибрационной нагрузки может быть расположена на гондоле 16, которая является просто продолжением башни 18 или конструкцией, независимо поворачиваемой относительно башни 18, когда гондола 16 прикреплена к верхней части башни 18. Система 20 снижения вибрационной нагрузки может быть расположена либо внутри, либо снаружи гондолы 16 и башни 18.
Во время работы и в случае максимальной ветровой нагрузки, такой как максимально возможный порыв ветра, и повреждения энергосистемы ветровая турбина 10 на башне 18 испытывает вибрацию, которая происходит в, по меньшей мере, первом направлении 21, которое перпендикулярно к плоскости поворота лопастей 14. Плоскость поворота лопастей 14 соответствует вертикальной оси 36 и оси 33, соответствующим вертикальной плоскости, показанной на фиг.2. Кроме того, специалист в данной области техники должен понимать, что должна быть вибрация перемещения в направлении 33, перпендикулярном к направлению или оси 21, определяющей горизонтальную плоскость, и поворотная вибрация вокруг оси 21, оси 33, перпендикулярной к оси 21, определяющей горизонтальную плоскость на фиг.2, и вертикальной оси 36, определяющей совместно с осью 33 вертикальную плоскость. В целом поворотная вибрация вокруг осей 21, 33 и 36 обозначена стрелками 37. Система 20 снижения вибрационной нагрузки уменьшает вибрацию, нагрузку и перемещение башни 18.
Обратимся к фиг.3-9, на которых система 20 снижения вибрационной нагрузки включает в себя, по меньшей мере, две колонны 22, основание 24 и клапан 26, расположенный между двумя колоннами 22. Каждая колонна 22 проходит от основания 24. Число колонн 22 зависит от различных факторов, таких как имеющееся пространство, форма и размер колонн 22. Основание 24 может быть любой формы и показано круговым с тем, чтобы устанавливать его вокруг верхней части башни 18, или прямоугольным с тем, чтобы устанавливать его внутри гондолы 16. Если основание 24 размещают на башне, оно также может быть треугольной, квадратной, прямоугольной или многоугольной формы. Когда основание 24 является круговым или многоугольным и имеет, по меньшей мере, три колонны 22, система 20 снижения вибрационной нагрузки способна снижать вибрационные нагрузки, которые являются многонаправленными. Если база 24 является прямоугольной и имеет, по меньшей мере, три колонны 22, система 20 снижения вибрационной нагрузки также способна снижать вибрационные нагрузки, которые являются многонаправленными. Следует отметить, что снижение многонаправленной вибрации означает снижение вибрации в двух или более измерениях.
Имеется подвижная или текучая масса 28 (в дальнейшем называемая “текучей массой”), расположенная в колоннах 22 и в основании 24. Текучая масса 28 включает в себя массу любого типа, которая может перемещаться, например жидкость, мелкий песок, небольшие шарики и т.д. Текучая масса 28 равномерно распределена по колоннам 22 и основанию 24. Когда башня 18 начинает колебаться туда и обратно, текучая масса 28 в колоннах будет подниматься и опускаться в каждой колонне 22, при этом скорость потока текучей массы 28 является регулируемой или настраиваемой.
Система 20 снижения вибрационной нагрузки может быть настроена путем изменения высоты текучей массы в колоннах 22, когда система находится в покое, а не в движении, и также путем изменения длины основания 24 между колоннами 22. При такой настройке изменяется собственная частота устройства, так что частота может быть согласована с первой частотой изгибных колебаний башни ветровой турбины.
Существует и другой способ регулирования снижения вибраций системой 20 с помощью клапана 26. Степень открытия клапана влияет на коэффициент потери напора, который, в свою очередь, влияет на внутреннее демпфирование системы. Внутреннее демпфирование средства определяет эффективную полосу частот и, следовательно, устойчивость эффективности по отношению к сдвигу первой частоты изгибных колебаний башни. Кроме того, внутреннее демпфирование устройства определяет, насколько быстро устройство будет гасить энергию вибрации. Хотя основным механизмом обеспечения снижения вибрационной нагрузки является сила инерции, а не демпфирование вибрации с помощью внутреннего демпфирования устройства, относительно низкий уровень внутреннего демпфирования будет содействовать поддержанию внутренней устойчивости системы. Проходные отверстия клапанов могут быть установлены на фиксированную степень открытия для нормирования скорости потока текучей массы 28. В этом случае система 20 снижения вибрационной нагрузки будет считаться пассивной системой снижения вибрационной нагрузки. В дополнение к этому, чтобы получить требуемое внутреннее демпфирование без использования большого количества энергии, клапаны 26 могут включать в себя пропорциональные клапаны, которые к тому же могут быть приведены в действие сигналом напряжения, получаемым от батареи или другого источника питания. В этом случае, поскольку установки проходных отверстий клапанов могут быть изменены автоматически, система 20 снижения вибрационной нагрузки будет считаться полуактивной системой снижения вибрационной нагрузки. Согласно наиболее передовой технологии, чтобы получить активную систему снижения вибрационной нагрузки, активно регулируемое давление от многочисленных воздушных насосов может быть приложено к верхним частям колонн.
Система 20 снижения вибрационной нагрузки включает в себя, по меньшей мере, три колонны 22, так что текучая масса 28 может перемещаться туда и обратно между тремя колоннами 22. Когда основание 24 является круговым и имеются, по меньшей мере, три колонны 22, система 20 снижения вибрационной нагрузки обеспечивает снижение вибрации в ветровой турбине. Основание 24 может иметь любую форму и многонаправленное перемещение воды, которое способствует снижению вибрационной нагрузки. Дополнительные колонны 22 могут быть добавлены для обеспечения различия в снижении вибрационной нагрузки по многим направлениям.
В частности, на фиг.3 показана система 20 снижения вибрационной нагрузки согласно примерному варианту осуществления изобретения, расположенная внутри гондолы 16 и включающая в себя четыре колонны 22, которые размещены по углам, образующим прямоугольное основание 24. Клапаны 26 расположены между каждыми колоннами 22. Вариант осуществления с четырьмя колоннами обеспечивает возможность настройки системы 20 снижения вибрационной нагрузки на случай применения в, по меньшей мере, двух направлениях, которые показаны как первое направление 30 и второе направление 32.
На фиг.4-9 показана система 20 снижения вибрационной нагрузки согласно примерному варианту осуществления, расположенная вблизи верха башни 18 под гондолой 16. В этом случае система 20 снижения вибрационной нагрузки расположена либо снаружи башни 18, либо внутри башни 18. На фиг.4-7 показана система 20 снижения вибрационной нагрузки согласно примерному варианту осуществления с восемью колоннами 22, которые включают в себя четыре набора из двух колонн 22, при этом все четыре набора колонн равномерно распределены вокруг основания 24. Использование дополнительных колонн обеспечивает возможность уменьшения высоты колонн 22. Имеются четыре дросселя или клапана 26, при этом каждый клапан 26 расположен между каждыми наборами колонн 22. В данном случае основание 24 выполнено круговым с тем, чтобы оно соответствующим образом устанавливалось вокруг башни 18. На фиг.8 и 9 показана система снижения вибрационной нагрузки согласно дополнительному варианту осуществления внутри башни 18 и показаны четыре колонны 22 с клапаном 26, расположенным между каждыми колоннами 22. Кроме того, имеются дополнительные колонны 22, расположенные вокруг основания 24.
Система 20 снижения вибрационной нагрузки может быть расположена где-нибудь вблизи или на верхней части ветровой турбины. Система снижения вибрационной нагрузки согласно примерным вариантам осуществления показана прикрепленной к наружной стороне башни 18 (фиг.5), внутри башни 18 (фиг.4) и прикрепленной к внутренней стороне гондолы 16 (фиг.3). Преимущество системы 20 заключается в том, что она может быть добавлена к существующим ветровым турбинам как модифицирующее решение. Основание 24 системы 20 снижения вибрационной нагрузки прикрепляют к башне 18 или закрепляют на гондоле. Колонны 22 проходят по направлению вверх и нет необходимости в том, чтобы они были прикреплены непосредственно к башне 18 или к гондоле 16. Прикрепление системы снижения вибрационной нагрузки к ветровой турбине может быть осуществлено любым образом, например кронштейнами, болтами, сваркой, магнитами и т.д.
Применительно к системе 20 снижения вибрационной нагрузки имеются несколько конструктивных проблем. Первая проблема заключается в выборе текучей массы 28 в системе. Текучая масса 28 включает в себя как жидкости, так и твердые тела. Жидкости включают в себя воду, газолин, машинное масло, некоторые текучие среды с высокой плотностью, отбираемые из подземной выработки, и любую другую жидкость с низкой вязкостью. В дополнение к этому жидкости могут также включать в себя составы, способствующие нейтрализации погодных явлений, или включать в себя электрический подогреватель, расположенный внутри системы снижения вибрационной нагрузки. Например, соленая жидкость или незамерзающие жидкости, такие как, но не ограничиваясь ими, гликоли, могут быть добавлены для снижения точки замерзания и/или испарения. Для способствования предотвращению испарения жидкость также можно покрыть тонким слоем масла. Преимущество использования такой жидкости как вода, заключается в том, что вода имеет низкую стоимость и является легкодоступной.
В дополнение к этому диапазон массы воды может быть в пределах от 0,5 до 0,8% массы лопастей 14 ротора, ступицы 15 и гондолы 16. В примерном варианте осуществления лопасти 14 ротора, ступица 15 и гондола 16 имеют диапазон массы от около 80 до около 300 т. Поэтому масса воды внутри системы снижения вибрационной нагрузки должна быть приблизительно от 0,4 до 24 т.
Однако одна проблема использования воды заключается в том, что объем текучей массы 28 может быть большим, причем может быть нежелательным размещать такой большой объем воды в гондоле 16 или на верхней части башни 18. Поэтому материалы с более высокой плотностью будут уменьшать объем текучей массы 28. Текучая масса 28 с более высокой плотностью включает в себя песок, ртуть, небольшие шарики или другие твердые тела, которые будут создавать поток, когда колонны 22 колеблются. При использовании шариков может быть использован смазочный материал для обеспечения того, что шарики будут перемещаться соответствующим образом внутри колонн, когда башня колеблется. В дополнение к этому шарики могут быть помещены в масло или в некоторую другую жидкость для присоединения дополнительной массы к жидкой текучей массе 28. Следует отметить, что может быть использована текучая масса 28 любого типа, которая будет колебаться в противофазе с колебаниями башни 18.
Кроме того, имеются несколько отношений, которые учитываются при проектировании системы. Первым отношением является отношение масс, которые представляют собой текучую массу 28, отнесенную к совместной массе лопастей 14 ротора, ступицы 15 и гондолы 16. В примерном варианте осуществления отношение масс находится в диапазоне от 0,5% до 8,0%.
Вторым отношением является отношение длин, которые представляют собой горизонтальную длину базы 24, отнесенную к суммарной длине системы 20 снижения вибрационной нагрузки в случае системы с двумя колоннами 22. Суммарная длина системы снижения вибрационной нагрузки равна вертикальной высоте колонны 22, умноженной на два, плюс горизонтальная длина основания 24. Если имеется более двух колонн 22, вычисляют эквивалентную суммарную длину воды.
В общем случае при увеличении отношения длин эффективность системы снижения вибрационной нагрузки повышается. Однако при расчете вертикальная длина колонны 22 должна быть выбрана достаточно большой, чтобы текучая масса 28 не переливалась через край колонны 22. В дополнение к этому для обеспечения непрерывности действия системы 20 текучая масса 28 должна неизменно оставаться в колонне 22.
Третьим отношением является отношение (γопт) настройки, которое представляет собой отношение собственной частоты системы 20 снижения вибрационной нагрузки к первой модальной частоте ветровой турбины 10. Когда собственная частота конструкции изменяется на Δωs (частота для конструкции/конструкции основания), суммарная длина системы 20 снижения вибрационной нагрузки должна быть скомпенсирована в соответствии со следующим соотношением:
где Δωs - изменение собственной частоты башни 18;
g - ускорение свободного падения; и
Δl - изменение суммарной длины вибрационной системы, которая представляет собой вертикальную длину колонны 22, умноженную на 2, плюс горизонтальная длина основания 24.
Эта формула обеспечивает возможность изменения суммарной длины рассчитываемой системы 20 снижения вибрационной нагрузки в случае, когда частота первой моды изгибных колебаний ветровой турбины изменяется. При использовании колонн 22 различных диаметров осуществляют преобразование длины колонны так, чтобы объем жидкости оставался тем же самым.
Общий коэффициент демпфирования представляет собой отношение, при котором совокупностью ветровой турбины и системы 20 снижения вибрационной нагрузки рассеивается кинетическая энергия текучей массы 28 внутри системы 20 снижения вибрационной нагрузки. В примерном варианте осуществления общий коэффициент демпфирования системы 20 снижения вибрационной нагрузки должен быть значительно ниже эквивалентного логарифмического декремента, составляющего 2,0%, при этом предпочтительно, чтобы общий коэффициент демпфирования был ниже эквивалентного логарифмического декремента затухания, составляющего 1,0%. Основной эффект системы снижения вибрационной нагрузки происходит от противодействующей силы в результате движения инерционной массы. При более низком коэффициенте демпфирования противодействующее влияние системы 20 снижения вибрационной нагрузки выше и, следовательно, система 20 снижения вибрационной нагрузки работает с большей эффективностью. Логарифмический декремент (системы определяется как:
где n - число осцилляций;
a1 - амплитуда первого пика синусоидального сигнала; и
an - амплитуда n-го пика синусоидального сигнала.
При проектировании системы 20 снижения вибрационной нагрузки также учитывают размер каждой колонны 22. Суммарная длина системы 20 снижения вибрационной нагрузки, которая равна высоте колонны 22, умноженной на два, плюс горизонтальная длина основания 24, будет изменяться в зависимости от площади поперечного сечения колонны 22 и основания 24. Суммарная длина системы 20 снижения вибрационной нагрузки также зависит от того, являются ли колонны 22 отдельными колоннами 22, такими как показанные на фиг.3, или колонны совместно сгруппированы в наборы, такие как показанные на фиг.4. Суммарная длина системы 20 снижения вибрационной нагрузки может быть вычислена на основе следующей формулы:
le=2g/(ωs)2=2g/(2πfт)2,
где le - длина системы 20 снижения вибрационной нагрузки;
g - ускорение свободного падения;
ωs=2πfт - первая собственная частота ветровой турбинной системы, рад/с; и
fт - первая собственная частота ветровой турбинной системы, Гц.
Дальнейшая оптимизация размеров системы снижения вибрационной нагрузки зависит от конфигурации. Например, в примерных вариантах осуществления изобретения с фиг.6 и 7 имеется столб воды следующей эквивалентной длины:
где le - эквивалентная суммарная длина для вычисления частоты;
D - центральный диаметр кольца основания;
Aн - горизонтальная площадь кольца;
LV - вертикальная высота столба;
AV - вертикальная площадь колонны;
ξ - коэффициент потери напора; и
ρ - плотность жидкости.
Наружный диаметр D кольца основания 24 может быть определен по геометрии башни, особенно в случае, когда систему снижения вибрационной нагрузки устанавливают внутри башни 18 или гондолы 16. Отношение AV/Aн площадей поперечного сечения колонны 22 и кольца основания 24 может быть получено из условия ограничения вертикального пространства внутри верхней части башни или гондолы. Хорошей начальной точкой является использование отношения 2:1 для экономии на вертикальной высоте, чтобы система могла быть расположена на возможно более высоком месте, и тем самым достигался выигрыш в эффективности. Поэтому вертикальная высота LV столба воды может быть вычислена как:
Следовательно, площадь поперечного сечения колонны 22 для приведенной в качестве примера на фиг.6 и 7 системы может быть вычислена как:
где µ - отношение масс для текучей массы 28, которое является выбираемым параметром и в примерном варианте осуществления составляет от 0,5% до 8%;
Mwtg - суммарная масса лопастей 14 ротора, ступицы 15 и гондолы 16; и
ρ - плотность воды.
Как пояснялось выше, ориентация колонн 22 также может изменяться, благодаря чему можно иметь либо прямоугольную ориентацию системы 20 снижения вибрационной нагрузки, либо круговую ориентацию системы снижения вибрационной нагрузки. Для облегчения установки форма системы должна зависеть от местоположения системы 20 снижения вибрационной нагрузки либо в гондоле 16, либо в башне 18. В дополнение к этому число и размещение колонн зависит от основных частот ветровой турбины.
Размер проходных отверстий клапанов для клапанов 26 также может быть вычислен. Размером проходных отверстий клапанов регулируется коэффициент внутреннего демпфирования системы снижения вибрационной нагрузки и, следовательно, общий коэффициент демпфирования объединенной системы совместно с турбиной и устройством снижения вибраций. При меньших проходных отверстиях клапанов коэффициент внутреннего демпфирования выше. Как рассматривалось выше, предпочтительно, чтобы коэффициент внутреннего демпфирования был небольшим. Поэтому система снижения вибрационной нагрузки согласно примерному варианту осуществления работает без клапанов 26 или, по меньшей мере, с клапаном с большим проходным отверстием. В дополнение к этому в системе 20 снижения вибрационной нагрузки клапан 26 также может работать исключительно как включающий/выключающий переключатель.
Материал колонн 22 и основания 24 также может меняться, и он включает в себя такие материалы, как сталь, пластмасса и т.д. Пластмасса обеспечивает получение более дешевой системы и также обеспечивает получение более легкой системы, что позволяет снизить общую массу системы.
В примерном варианте осуществления, показанном на фиг.4, в котором имеются четыре набора вертикальных колонн и одно кольцо базы, а вода использована в качестве текучей массы 28, были использованы следующие переменные:
Отношение масс µ=1,5%.
Масса верхней части ветровой турбины 10 равна
Mwtg=Mгондолы+Mротора=82200 кг.
Масса системы 20 снижения вибрационной нагрузки равна
Mдемпфера=0,015·(82200 кг)=1233 кг.
Диаметр башни равен 4 м.
Поэтому центральный диаметр кольца основания D=3,8 м.
Первая частота изгибных колебаний ветровой турбины равна 0,265 Гц.
Поэтому эквивалентная длина системы снижения вибрационной нагрузки le=2g/(ωs)2=2g/(2πfT)2=7,08 м.
Для сохранения низкого профиля устройства выберем отношение Av/Aн как 2:1.
Тогда высота вертикального столба воды равна
Площадь поперечного сечения колонны 22 составляет
Коэффициент потери напора ξ=20.
В другом примерном варианте осуществления, в котором необходима более высокая противодействующая сила демпфера, могут быть использованы следующие переменные.
Отношение масс µ=5%.
Масса верхней части ветровой турбины 10 равна
Mwtg=Mгондолы+Mротора=82200 кг.
Масса системы 20 снижения вибрационной нагрузки равна
Mдемпфера=0,05·(82200 кг)=4110 кг.
Диаметр башни равен 4 м.
Поэтому центральный диаметр кольца основания D=3,8 м.
Первая частота изгибных колебаний ветровой турбины fт=0,265 Гц.
Поэтому эквивалентная длина системы снижения вибрационной нагрузки le=2g/(ωs)2=2g/(2πfт)2=7,08 м.
Для сохранения низкого профиля устройства выберем отношение AV/Aн как 2:1.
Тогда высота вертикального столба воды равна
Площадь поперечного сечения колонны 22 составляет
Коэффициент потери напора ξ=50.
Это только примеры выбранных систем 20 снижения вибрационной нагрузки, которые могут быть использованы. Однако можно представить себе многочисленные другие варианты осуществления системы 20 снижения вибрационной нагрузки.
Кроме того, хотя изобретение было описано со ссылками на примерные варианты осуществления, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что могут быть сделаны различные изменения, а его элементы могут быть заменены эквивалентами без отступления от объема изобретения. В дополнение к этому могут быть сделаны многочисленные модификации для приспособления конкретной ситуации или материала к идеям изобретения без отступления от его основного объема. Поэтому подразумевается, что изобретение не ограничено конкретным вариантом осуществления, раскрытым в качестве наилучшей ожидаемой формы осуществления этого изобретения, а оно также включает в себя все варианты осуществления, попадающие в рамки объема прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, использование терминов “первый”, “второй” и т.д. не означает какой-либо порядок или значимость, а вместо этого термины “первый”, “второй” и т.д. использованы для отличия одного элемента от другого.
1. Ветровая турбина (10), содержащая башню (18), гондолу (16), поддерживаемую на верхнем конце башни (18), ротор (12), имеющий, по меньшей мере, одну лопасть (14), при этом указанный ротор (12) установлен на указанной гондоле (16), и систему (20) снижения вибрационной нагрузки, расположенную либо на указанной башне (18), либо на указанной гондоле (16), при этом указанная система (20) снижения вибрационной нагрузки включает в себя основание (24), по меньшей мере, две колонны (22), проходящие от указанного основания (24), и текучую массу (28), расположенную внутри указанного основания (24) и указанных, по меньшей мере, двух колонн (22).
2. Ветровая турбина (10) по п.1, в которой указанное основание (24) имеет форму, которая является, по меньшей мере, одной из круговой, прямоугольной и многоугольной.
3. Ветровая турбина (10) по п.1, в которой в случаях, когда указанное основание (24) имеет одну из круговой формы и многоугольной формы и включает в себя, по меньшей мере, две колонны (22), проходящие от указанного основания (24), указанное основание (24) осуществляет противодействие повороту гондолы (16) относительно указанной башни (18).
4. Ветровая турбина (10) по п.1, в которой в случаях, когда указанное основание (24) имеет прямоугольную форму и включает в себя указанные, по меньшей мере, три колонны (22), проходящие от указанного основания (24), указанное основание (24) осуществляет противодействие повороту гондолы (16) относительно указанной башни (18).
5. Ветровая турбина (10) по п.1, дополнительно содержащая клапан (26), расположенный на указанном основании (24) между указанными колоннами (22).
6. Ветровая турбина (10) по п.1, в которой указанная текучая масса (28) выбрана так, что скорость потока указанной текучей массы (28) смещается в противофазе с первой частотой изгибных колебаний указанной башни (18).
7. Ветровая турбина (10) по п.1, в которой указанная текучая масса (28) включает в себя, по меньшей мере, одно из жидкости и шариков.
8. Ветровая турбина (10) по п.7, в которой имеется электрический подогреватель, расположенный внутри системы (20) снижения вибрационной нагрузки, а указанная жидкость включает в себя, по меньшей мере, один из составов, которые снижают точку замерзания и испарения.
9. Ветровая турбина (10) по п.1, в которой указанное основание (24) закреплено внутри указанной гондолы (16).
10. Ветровая турбина (10) по п.1, в которой указанное основание (24) закреплено на указанном верхнем конце указанной башни (18).
