一种智能电磁流变阻尼减振装置及海上风电智能减振系统

本申请涉及减振装置，尤其涉及一种智能电磁流变阻尼减振装置及海上风电智能减振系统。

背景技术：

1、海上风电因其具有低切变、高风速、 噪音污染小、储量大及不占用陆上耕地等优点，将成为未来风电开发研究的重点。研究发现，高柔特性的风机叶片和更高的风机塔筒更容易受到复杂海洋环境的影响，伴随风机塔筒的不断增高和风机叶片的持续延长，风机的振动问题日益突出。这些振动问题直接威胁到风机的安全稳定运行，并显著增加了海洋风电场的运维成本。因此，做好风机的振动控制，以确保风机安全稳定运行是当前的研究重点。

2、风机塔筒是支撑风机叶片和发电机的主要结构，其振动情况直接影响着风机的安全性、稳定性和运行效率。频繁的振动会引起材料的疲劳累积，导致裂纹、变形或失效，最终可能导致塔筒的结构崩塌。塔筒振动过大可能导致风机整体失稳，增加倾覆或坍塌的风险，这会对维护和操作人员以及周围海上设施和船只的安全构成威胁。因此，减少风机塔筒振动对于确保风机的安全运行、提高可靠性和延长寿命至关重要。采用适当的减振技术和结构设计，以及定期的监测和维护，可以有效降低振动对风机塔筒造成的危害。

3、目前，海上风机采用的普通减振装置较为单一且多为被动控制，阻尼器的阻尼系数不可调，在复杂的海洋环境中，无法很好地满足减振需要，而现有的智能阻尼减振装置中公开了一种通过电磁控制方法控制球形质量块运动以实现智能阻尼调控的技术方案，可参见公开号为cn117345555b的专利，但该项专利所公开的技术方案并未实现减振系统的自主供能，易消耗发电风机的整体效能。

4、因此，亟需发明一种海上风电的电磁流变智能阻尼减振系统，解决传统减振系统控制方向单一、无法智能调节阻尼系数以及现有技术方案中减振系统无法自主供能的问题，提高风机减振系统对复杂环境的适应能力。

技术实现思路

1、基于此，本申请提供一种智能电磁流变阻尼减振装置及海上风电智能减振系统，着重解决了传统减振系统减振方向单一、无法自适应调节阻尼系数和无法自主供能的问题。

2、为了达成上述目的，本说明书实施例提供以下技术方案：

3、本申请在第一方面提供一种智能电磁流变阻尼减振装置，应用于振动体内部，包括：智能阻尼杆、限位筒、球形质量块、数据采集及控制模块、传感器；所述智能阻尼杆包括磁流变液柱和电磁螺线管；所述智能阻尼杆两端分别连接于振动体的内壁和限位筒的外壁；所述限位筒内壁设置压电复合材料层；所述球形质量块设置于所述限位筒的内部，以自由滚动碰撞的方式实现耗能减振；所述传感器设置于振动体内壁，用于监测振动体的振动情况；所述数据采集及控制模块用于采集所述压电复合材料层与传感器的数据并控制所述智能阻尼杆中电磁螺线管的磁场强度以调整所述磁流变液柱内磁流变液的粘性，实现阻尼智能调控。

4、优选的，所述智能阻尼杆的两端设置球形铰，通过球形铰活动连接于振动体内壁和限位筒的外壁。

5、优选的，所述智能阻尼杆以限位筒上下表面中心为圆心，以90°间隔环绕布置于所述限位筒四周。

6、优选的，所述智能阻尼杆包括外部可滑动套筒、内筒和可伸缩主轴；所述磁流变液柱和电磁螺线管设置于所述内筒内部，所述磁流变液柱内填充磁流变液；所述可伸缩主轴贯穿内筒并与外部可滑动套筒相接。

7、进一步的，所述智能阻尼杆还包括设置于所述可伸缩主轴上的两个水轮，所述水轮与磁流变液柱端部间设置复位弹簧，以保证可伸缩主轴被压缩后可以恢复被压缩前的状态。

8、优选的，所述外部可滑动套筒端部设置缓冲限位层，以避免内筒与外部可滑动套筒间发生刚性碰撞。

9、优选的，所述限位筒内表面的底部和侧面为压电复合材料层，压电复合材料层被均匀划分为多个分区，各个分区在受到碰撞挤压时会产生电信号并传输到数据采集及控制模块，以实时监测球形质量块位置与振动情况。

10、本申请在第二方面提供一种海上风电智能减振系统，包括风机塔筒、智能阻尼杆、球形铰、限位筒、球形质量块、数据采集及控制模块、传感器；所述智能阻尼杆包括磁流变液柱和电磁螺线管；所述智能阻尼杆两端通过球形铰分别连接于风机塔筒的内壁和限位筒的外壁；所述限位筒内壁设置压电复合材料层；所述球形质量块设置于所述限位筒的内部，以自由滚动碰撞的方式实现耗能减振；所述传感器设置于所述风机塔筒的内壁以监测振动情况；所述数据采集及控制模块用于采集所述压电复合材料层与传感器的数据并控制所述智能阻尼杆中电磁螺线管的磁场强度以调整所述磁流变液柱内磁流变液的粘性，实现阻尼智能调控。

11、进一步的，所述海上风电智能减振系统还包括悬挂杆；所述限位筒顶部由悬挂杆与风机塔筒顶部连接，所述悬挂杆与风机塔筒间采用球形铰连接，以便于限位筒可以自由摆动，所述悬挂杆可以伸缩且可根据风机振动频率调节伸缩长度；所述智能阻尼杆以限位筒上下表面中心为圆心，以90°间隔分别环绕布置于所述限位筒的上端四周与下端四周。

12、优选的，所述海上风电智能减振系统还包括蓄电装置；所述智能阻尼杆还包括外部可滑动套筒、内筒、可伸缩主轴和设置于所述可伸缩主轴上的两个水轮；所述磁流变液柱和电磁螺线管设置于所述内筒内部，所述磁流变液柱内填充磁流变液；所述可伸缩主轴贯穿内筒并与外部可滑动套筒相接；所述水轮与磁流变液柱端部间设置复位弹簧，以保证可伸缩主轴被压缩后可以恢复被压缩前的状态，并在可伸缩主轴压缩和恢复过程中在磁流变液的流体作用下持续转动；所述水轮均配备发电输电装置将所述水轮持续转动过程中的动能转化为电能收集到蓄电装置中，以实现系统自给供电。

13、优选的，所述数据采集及控制模块和蓄电装置由钢制框架焊接在风机塔筒内壁上，所述钢制框架上设置缓冲材料保护层。

14、优选的，所述球形质量块的重量为风机整体重量的1%-4%。

15、优选的，所述球形质量块表面包裹耐摩擦复合材料，以降低滚动损伤。

16、基于上述设计，本申请的有益效果是：

17、第一，本申请球形质量块在限位筒内能够360°自由滚动实现碰撞耗能减振，由限位筒、智能阻尼杆和风机塔筒间均采用球形铰连接，各个构件间可以自由转动，可以实现水平各方向和竖直方向的振动控制。

18、第二，本申请提供的限位筒内因碰撞产生的电信号数据和传感器振动数据均输入到数据采集及控制模块进行更为精确的实时振动分析，系统将结合实时振动情况调控智能阻尼杆内的磁场强度，通过调节磁流变液粘性进而调节智能阻尼杆的阻尼系数，达到半主动控制的自适应减振效果。。

19、第三，本申请提供的智能阻尼杆内的可伸缩主轴上设置水轮，当智能阻尼杆伸缩时，水轮将持续转动发电，储蓄电能供给系统自身工作使用，实现自给式智能减振。

技术特征：

1.一种智能电磁流变阻尼减振装置，应用于振动体内部，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的智能电磁流变阻尼减振装置，其特征在于，所述智能阻尼杆（2）的两端设置球形铰（3），通过球形铰（3）活动连接于振动体内壁和限位筒（4）的外壁。

3.根据权利要求1所述的智能电磁流变阻尼减振装置，其特征在于，所述智能阻尼杆（2）以限位筒（4）上下表面中心为圆心，以90°间隔环绕布置于所述限位筒（4）四周。

4.根据权利要求1所述的智能电磁流变阻尼减振装置，其特征在于，所述智能阻尼杆（2）包括外部可滑动套筒（21）、内筒（22）和可伸缩主轴（5）；

5.根据权利要求4所述的智能电磁流变阻尼减振装置，其特征在于，所述智能阻尼杆（2）还包括设置于所述可伸缩主轴（25）上的两个水轮（26），所述水轮（26）与磁流变液柱（23）端部间设置复位弹簧（27），以保证可伸缩主轴（25）被压缩后可以恢复被压缩前的状态。

6.根据权利要求4所述的智能电磁流变阻尼减振装置，其特征在于，所述外部可滑动套筒（21）端部设置缓冲限位层（29），以避免内筒（22）与外部可滑动套筒（21）间发生刚性碰撞。

7.根据权利要求1所述的智能电磁流变阻尼减振装置，其特征在于，所述限位筒（4）内表面的底部和侧面为压电复合材料层（42），压电复合材料层（42）被均匀划分为多个分区（43），各个分区（43）在受到碰撞挤压时会产生电信号并传输到数据采集及控制模块（6），以实时监测球形质量块（5）位置与振动情况。

8.一种海上风电智能减振系统，其特征在于，包括风机塔筒（1）、智能阻尼杆（2）、球形铰（3）、限位筒（4）、球形质量块（5）、数据采集及控制模块（6）及传感器（9）；

9.根据权利要求8所述的海上风电智能减振系统，其特征在于，还包括悬挂杆（7）；

10.根据权利要求8所述的海上风电智能减振系统，其特征在于，

技术总结本申请提供一种智能电磁流变阻尼减振装置及海上风电智能减振系统，至少包括：智能阻尼杆、限位筒、球形质量块、数据采集及控制模块、传感器；所述智能阻尼杆包括磁流变液柱和电磁螺线管；所述智能阻尼杆两端分别连接于振动体的内壁和限位筒的外壁；所述限位筒内壁设置压电复合材料层；所述球形质量块设置于所述限位筒的内部，以自由滚动碰撞的方式实现耗能减振；所述传感器设置于振动体内壁，用于监测振动体的振动情况；所述数据采集及控制模块用于采集所述压电复合材料层与传感器的数据并控制所述智能阻尼杆中电磁螺线管的磁场强度以调整所述磁流变液柱内磁流变液的粘性，实现阻尼智能调控。技术研发人员：张建华,王小宇,朱嵘华,孙科,岳峰,王俊,王萌,白红,唐朝,陈悦受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9