一种振动发电、自供电的风机减振装置及方法

本发明涉及风力发动机，特别是涉及一种振动发电、自供电的风机减振装置及方法。

背景技术：

1、风机作业于复杂环境中，其运行中面临诸多挑战。以海上风机为例，由于风、浪和海流及作业载荷作用，风机塔筒将产生随机振动，长期的大幅振动将导致结构疲劳失效或冲击破坏，直接影响整个结构的安全性。对此，必须对风机塔筒进行减振，同时也要对其振动响应进行实时监测，以评估其疲劳寿命。

2、磁流变阻尼器因其能耗低、结构简单、阻尼力大、可控性强的优势，已成为最优的一类减振装置，而该装置需要对其供电才能产生阻尼。对于风机塔筒而言，阻尼器需要安装于其振动较大的高耸位置，而这些位置远离电网、不易获得电能，因此磁流变阻尼器无法获得广泛应用。此外，用以风机塔筒监测的振动传感器是安装于每节塔筒的平台上方区域，由于塔筒高度超过百米，这些测点较为分散，因此需要沿高度方向长距离布线，过程过于繁琐，且供电可能因为塔筒底部的供电设备停机而不稳定。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种振动发电、自供电的风机减振装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，使振动的机械能转化为电能，完成电能就近供应、消耗。同时，能够最大化发电效率，自适应调节减振效果和能耗。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种振动发电、自供电的风机减振装置，包括发电机构、传动机构、蓄电机构、减振机构和控制单元，风机塔筒的平台上设置有至少一组所述减振机构，每组所述减振机构均通过一所述传动机构连接于所述发电机构上，所述发电机构与所述蓄电机构电连接，所述发电机构能够利用所述风机塔筒的振动进行发电，所述蓄电机构和所述减振机构均与所述控制单元电连接。

4、优选的，所述减振机构包括阻尼器、滑杆和滑动球，所述滑杆的两端分别通过所述阻尼器与所述风机塔筒的内壁连接，所述滑动球的中部滑动套设于所述滑杆上，所述阻尼器与所述控制单元通讯连接。

5、优选的，所述阻尼器为磁流变阻尼器，所述风机减振装置还包括振动传感器，所述振动传感器用于检测风机塔筒的振幅并发送至所述控制单元，所述控制单元根据所述振幅控制调节蓄电机构输出至所述减振机构的电流大小。

6、优选的，所述传动机构包括连接杆、滑动推杆、齿轮组件和限位组件，所述滑动推杆的一端为齿条、另一端为光杆，所述连接杆的一端铰接于所述滑动球上、另一端与所述光杆铰接，所述齿条与所述齿轮组件上的一个齿轮能够啮合匹配，所述光杆贯穿所述限位组件的限位孔，能够使所述光杆沿所述限位孔的中心线移动。

7、优选的，所述限位组件包括基座、限位架、导轨、移位齿条、移位齿轮和移位电机，所述基座上平行设置有一对导轨，所述限位架的底部和所述移位齿条均滑动设置于两个所述导轨之间，所述移位齿条的一端与所述移位齿轮啮合、另一端固定连接于所述限位架的底部，所述移位齿轮与所述移位电机的转轴连接，所述移位电机通过一支架固定连接于所述基座上。

8、优选的，所述齿轮组件包括轴套座、轴承和发电齿轮，所述轴套座的一端通过法兰盘与所述风机塔筒的平台连接、另一端通过轴承连接有一齿轮安装座，所述齿轮安装座上固定连接有所述发电齿轮；所述发电齿轮的个数与所述减振机构的个数相同且同轴设置。

9、优选的，所述发电机构包括绝缘转子、永磁铁和线圈，所述永磁铁间隔设置于所述绝缘转子的四周，所述线圈为敞口矩形线圈且等圆心角套设于所述绝缘转子上，所述绝缘转子的下端转轴与所述齿轮安装座固定连接，各个所述线圈的敞口两端均与所述蓄电机构电连接。

10、优选的，所述齿轮安装座的上端对称设置有两个弧形铜片，各个所述线圈的敞口两端分别通过电刷与一个所述弧形铜片滑动连接。

11、优选的，所述蓄电机构为蓄电池，所述弧形铜片分别通过一根导线贯穿所述齿轮安装座和所述轴套座与所述蓄电池电连接。

12、优选的，所述控制单元包括振动传感器和控制器，所述振动传感器沿所述风机塔筒两个垂直的径向设置于所述平台上方的塔筒内壁上，所述振动传感器用于监测所述风机塔筒的平台不同方向上的振动幅值，各个所述振动传感器均与所述控制器通讯连接；所述振动传感器包括加速度传感器、速度传感器或者应变传感器。

13、本发明还公开了一种振动发电、自供电的风机减振方法，基于上述的振动发电、自供电的风机减振装置，具体包括如下步骤：

14、s1，当风机塔筒发生振动时，滑动球由于惯性作用将与风机塔筒产生相对加速度，沿着滑杆滑动，进而推动滑动推杆往复推拉运动，同时由振动传感器感知风机塔筒不同方向的振动幅值，通过控制单元的计算得出一个振幅最大方向，并启动与所述振幅最大方向夹角最小的滑动推杆上的移位电机，使相应的滑动推杆上的齿条与发电齿轮啮合，推动发电机构的线圈在磁场中切割磁感线转动，产生电能，并将产生的电能存储于蓄电池中，同时使其他方向上的滑动推杆与发电齿轮解除啮合，仅保障任何时间内一个滑动推杆与发电齿轮处于啮合状态；

15、s2，所述蓄电池的电能给振动传感器、阻尼器、移位电机供电，并根据振动幅度的大小，通过控制单元控制供给所述阻尼器的电流大小，使与所述振幅最大方向夹角最小的滑杆上的阻尼器的电流大，其他振幅较小的方向上的阻尼器的电流小，振幅大的方向上的阻尼器的电流也大。

16、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

17、本发明可通过在塔筒平台上安装发电机构，将塔筒振动的机械能转化为电能，从而为风机塔筒内传感器及阻尼器供电，同时利用传感器监测的塔筒振动幅值控制主要发电、减振装置的启闭，从而实现最大效率的振动发电、电能就近消耗、自适应减振的闭环。

技术特征：

1.一种振动发电、自供电的风机减振装置，其特征在于：包括发电机构、传动机构、蓄电机构、减振机构和控制单元，风机塔筒的平台上设置有至少一组所述减振机构，每组所述减振机构均通过一所述传动机构连接于所述发电机构上，所述发电机构与所述蓄电机构电连接，所述发电机构能够利用所述风机塔筒的振动进行发电，并存储至所述蓄电机构中，所述蓄电机构和所述减振机构均与所述控制单元电连接；所述控制单元根据振动情况控制调节蓄电机构输出至所述减振机构的电流大小。

2.根据权利要求1所述的振动发电、自供电的风机减振装置，其特征在于：所述减振机构包括阻尼器、滑杆和滑动球，所述滑杆的两端分别通过所述阻尼器与所述风机塔筒的内壁连接，所述滑动球的中部滑动套设于所述滑杆上，所述阻尼器与所述控制单元通讯连接。

3.根据权利要求2所述的振动发电、自供电的风机减振装置，其特征在于：所述阻尼器为磁流变阻尼器，所述风机减振装置还包括振动传感器，所述振动传感器用于检测风机塔筒的振幅并发送至所述控制单元，所述控制单元根据所述振幅控制调节蓄电机构输出至所述减振机构的电流大小。

4.根据权利要求2所述的振动发电、自供电的风机减振装置，其特征在于：所述传动机构包括连接杆、滑动推杆、齿轮组件和限位组件，所述滑动推杆的一端为齿条、另一端为光杆，所述连接杆一端铰接于所述滑动球上、另一端与所述光杆铰接，所述齿条与所述齿轮组件上的一个齿轮能够啮合匹配，所述光杆贯穿所述限位组件的限位孔，能够使所述光杆沿所述限位孔的中心线移动。

5.根据权利要求4所述的振动发电、自供电的风机减振装置，其特征在于：所述限位组件包括基座、限位架、导轨、移位齿条、移位齿轮和移位电机，所述基座上平行设置有一对导轨，所述限位架的底部和所述移位齿条均滑动设置于两个所述导轨之间，所述移位齿条的一端与所述移位齿轮啮合、另一端固定连接于所述限位架的底部，所述移位齿轮与所述移位电机的转轴连接，所述移位电机通过一支架固定连接于所述基座上。

6.根据权利要求4所述的振动发电、自供电的风机减振装置，其特征在于：所述齿轮组件包括轴套座、轴承和发电齿轮，所述轴套座的一端通过法兰盘与所述风机塔筒的平台连接、另一端通过轴承连接有一齿轮安装座，所述齿轮安装座上固定连接有所述发电齿轮；所述发电齿轮的个数与所述减振机构的个数相同且同轴设置。

7.根据权利要求6所述的振动发电、自供电的风机减振装置，其特征在于：所述发电机构包括绝缘转子、永磁铁和线圈，所述永磁铁间隔设置于所述绝缘转子的四周，所述线圈为敞口矩形线圈且等圆心角套设于所述绝缘转子上，所述绝缘转子的下端转轴与所述齿轮安装座固定连接，各个所述线圈的敞口两端均与所述蓄电机构电连接。

8.根据权利要求7所述的振动发电、自供电的风机减振装置，其特征在于：所述齿轮安装座的上端对称设置有两个弧形铜片，各个所述线圈的敞口两端分别通过电刷与一个所述弧形铜片滑动连接；所述蓄电机构为蓄电池，所述弧形铜片分别通过一根导线贯穿所述齿轮安装座和所述轴套座与所述蓄电池电连接。

9.根据权利要求1所述的振动发电、自供电的风机减振装置，其特征在于：所述控制单元包括振动传感器和控制器，所述振动传感器沿所述风机塔筒两个垂直的径向设置于所述平台上方的塔筒内壁上，所述振动传感器用于监测所述风机塔筒不同方向的振动幅值，各个所述振动传感器均与所述控制器通讯连接；所述振动传感器包括加速度传感器、速度传感器或者应变传感器。

10.一种振动发电、自供电的风机减振方法，基于权利要求1-9中任意一项所述的风机减振装置，其特征在于，具体包括如下步骤：

技术总结本发明公开了一种振动发电、自供电的风机减振装置及方法，涉及风力发动机技术领域，风机减振装置包括发电机构、传动机构、蓄电机构、减振机构和控制单元，风机塔筒的平台上设置有至少一组减振机构，每组减振机构均通过一传动机构连接于发电机构上，发电机构与蓄电机构电连接，发电机构能够利用风机塔筒的振动进行发电，蓄电机构上连接有控制单元，控制单元与减振机构电连接。本发明可通过在塔筒平台上安装发电机构，为风机塔筒内传感器及阻尼器供电，同时将塔筒振动的机械能转化为电能，从而完成电能就近消耗以及稳定的电能供应。技术研发人员：赵海旭,王树青,徐明强,侯法垒,蒋玉峰受保护的技术使用者：中国海洋大学技术研发日：技术公布日：2024/7/9