用于發(fā)電機(jī)組件的減振降噪結(jié)構(gòu)及發(fā)電機(jī)組件、發(fā)電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電機(jī)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種發(fā)電機(jī)組減振降噪控制技術(shù)，本發(fā)明特別提 供一種電機(jī)減振降噪結(jié)構(gòu)及具有該減振降噪結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于其大尺寸且薄壁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所限存在與電磁力相位相近的 模態(tài)特征，而由此產(chǎn)生的中高頻段振動(dòng)噪聲的解決方法為兩類，即改變結(jié)構(gòu)特征和改變電 磁力的激勵(lì)。通常來說改變電磁力激勵(lì)的方法不會(huì)增加結(jié)構(gòu)成本，但其會(huì)增大發(fā)電發(fā)熱損 失W及對(duì)于中高頻段不宜穩(wěn)定控制等缺點(diǎn)。
[0003] 對(duì)于運(yùn)類問題的處理方法上，現(xiàn)有技術(shù)一采用一種帶阻尼裝置的電機(jī)，是設(shè)及基 于結(jié)構(gòu)阻尼技術(shù)的改進(jìn)，但該方法存在對(duì)于阻尼層的材料參數(shù)的控制要求很高，工程設(shè)計(jì) 有一定難度W及阻尼特性隨時(shí)間衰變等問題?，F(xiàn)有技術(shù)二提到采用吸聲材料W及彈性支承 等方法降低高頻振動(dòng)，對(duì)于直驅(qū)機(jī)組來說運(yùn)兩種方法實(shí)現(xiàn)都有一些難度，如吸聲材料不易 施工，彈性支承對(duì)于結(jié)構(gòu)布置困難等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)于發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)噪聲問題，本發(fā)明旨在從結(jié)構(gòu)上做出改進(jìn)，提供一種用于 發(fā)電機(jī)組件的減振降噪結(jié)構(gòu)及發(fā)電機(jī)組件、發(fā)電機(jī)，用W解決運(yùn)一類問題。
[0005] 本發(fā)明提供一種用于發(fā)電機(jī)組件的減振降噪結(jié)構(gòu)，所述發(fā)電機(jī)組件包括發(fā)電機(jī)的 轉(zhuǎn)子或定子，所述轉(zhuǎn)子或定子上包括薄壁圓筒，本發(fā)明所述減振降噪結(jié)構(gòu)垂直設(shè)置于所述 薄壁圓筒的外壁上，所述減振降噪結(jié)構(gòu)為減振降噪環(huán)，所述減振降噪環(huán)的軸向與所述薄壁 圓筒的軸向一致。
[0006] 進(jìn)一步地，所述減振降噪環(huán)為圓環(huán)狀。
[0007] 再進(jìn)一步地，所述減振降噪環(huán)為分段結(jié)構(gòu)，每段圓弧長(zhǎng)2~3.5m，段與段之間緊密 相接。
[000引進(jìn)一步地，所述減振降噪環(huán)包括主環(huán)和輔助環(huán)，平行設(shè)置于薄壁圓筒的外壁上。
[0009] 再進(jìn)一步地，所述主環(huán)與所述輔助環(huán)的間距為160~200mm，且所述主環(huán)距離發(fā)電 機(jī)組的輪穀軸向外端為500~900mm，所述輔助環(huán)更靠近發(fā)電機(jī)組的輪穀。
[0010] 再進(jìn)一步地，所述主環(huán)厚度為40~80mm，所述輔助環(huán)厚度為20~50mm，所述主環(huán)和 所述輔助環(huán)的高度都為110~140mm。
[0011] 進(jìn)一步地，所述減振降噪環(huán)與所述薄壁圓筒在連接的根部為雙面取點(diǎn)焊接，且雙 面焊接點(diǎn)為錯(cuò)位布置。
[001^ 再進(jìn)一步地，所述減振降噪環(huán)同一面相鄰兩焊接點(diǎn)之間的間距為90~150mm;且每 一處焊接點(diǎn)的長(zhǎng)度在90~150mm，寬度在3~10mm。
[0013]再進(jìn)一步地，所述主環(huán)和所述輔助環(huán)在與所述薄壁圓筒連接的根部均為雙面取點(diǎn) 交錯(cuò)焊接，且所述主環(huán)和所述輔助環(huán)兩者的焊接點(diǎn)之間也為交錯(cuò)布置。
[0014] 進(jìn)一步地，所述減振降噪環(huán)上設(shè)有通風(fēng)孔。
[0015] 本發(fā)明還提供一種發(fā)電機(jī)組件，所述發(fā)電機(jī)組件包括發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子或定子，所述 轉(zhuǎn)子或定子上包括薄壁圓筒，在所述薄壁圓筒上設(shè)置有上面所述的減振降噪結(jié)構(gòu)。
[0016] 本發(fā)明還提供一種發(fā)電機(jī)，包括上面所述的發(fā)電機(jī)組件。
[0017] 進(jìn)一步地，所述發(fā)電機(jī)包括:外轉(zhuǎn)子內(nèi)定子式風(fēng)力發(fā)電機(jī)或者外定子內(nèi)轉(zhuǎn)子式風(fēng) 力發(fā)電機(jī)。
[0018] 本發(fā)明通過上述技術(shù)方案，可獲得具體的如下有益效果：
[0019] 1、本發(fā)明針對(duì)直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的薄壁結(jié)構(gòu)處易受振變形的缺陷，根據(jù)其花瓣形 振型模態(tài)，通過在其結(jié)構(gòu)外緣上設(shè)置減振降噪環(huán)，可消除其花瓣形徑向振態(tài)，有效抑制了徑 向振動(dòng)并降低了其結(jié)構(gòu)噪聲。
[0020] 2、在垂直于圓筒型薄壁軸線方向上設(shè)置減振降噪環(huán)，對(duì)于合理增強(qiáng)其局部剛度最 為有效。
[0021] 3、減振降噪環(huán)與筒壁的大圓方向一致，相對(duì)簡(jiǎn)單并可W作用于多個(gè)頻段范圍模態(tài) 振型。
[0022] 4、在仿真效果中發(fā)現(xiàn)，設(shè)置一個(gè)主環(huán)，花瓣形模態(tài)的筒壁振型最大位移的位置向 輪穀側(cè)移動(dòng)約150~210mm，故在距離主環(huán)160~200mm位置設(shè)置輔助環(huán)，可提高其高頻抗振 能力。同時(shí)輔助環(huán)結(jié)構(gòu)形式與主環(huán)除厚度外其它可一致，降低了加工成本和制造的復(fù)雜性。
[0023] 5、減振降噪環(huán)分段拼接而成，其圓度易于控制，通過分段可將圓度誤差帶來的焊 接與結(jié)構(gòu)配合尺寸要求的施工難度降低。
[0024] 6、減振降噪環(huán)在兩側(cè)根部都與薄壁圓筒焊接，可降低一定的殘余變形，且兩側(cè)取 點(diǎn)交錯(cuò)焊接，可W保證減振降噪環(huán)的連接強(qiáng)度，并達(dá)到所設(shè)計(jì)的減振降噪效果情況下，減小 焊接量，節(jié)省施工成本。
[0025] 7、在減振降噪環(huán)中部添加通風(fēng)孔，可提高圓筒通風(fēng)性能，減小噪聲。
[0026] 總之，本發(fā)明通過合理修改局部結(jié)構(gòu)，可W長(zhǎng)期有效的改變直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié) 構(gòu)在中高頻段與電磁力相位相近而產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲，同時(shí)增加發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)成本約為總成本 的1/300。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且部分的從說明書中可變 得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。
【附圖說明】
[0027] 附圖僅用于示出具體實(shí)施例的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制，在整個(gè)附圖 中，相同的參考符號(hào)表示相同的部件。
[0028] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)側(cè)視示意圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)正面示意圖；
[0030] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的圓筒壁高階花瓣形模態(tài)振型示意圖；
[0031] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的圖2中的A向視圖，主要展現(xiàn)焊點(diǎn)布置；
[0032] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例的減振降噪環(huán)上的通風(fēng)孔的布置圖。
[0033] 各附圖中的標(biāo)號(hào)說明：1-主環(huán)，2-輔助環(huán)，3-轉(zhuǎn)子連接軸，4-轉(zhuǎn)子法蘭，5-轉(zhuǎn)子支 架，6-側(cè)立板，7-薄壁圓筒。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖來具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中，附圖構(gòu)成本申請(qǐng)一部分，并 與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于闡釋本發(fā)明。
[0035] 對(duì)于直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來說，其發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)特性存在與發(fā)電機(jī)電磁力相近頻率與 相位特征。本發(fā)明從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真分析的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)一種新型結(jié)構(gòu)固定于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn) 子薄壁結(jié)構(gòu)外壁上W使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)特性避開其電磁力相近中高頻段與相位特征，進(jìn)而 降低發(fā)電機(jī)在中高頻段的結(jié)構(gòu)噪聲。
[0036] 本發(fā)明根據(jù)發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)仿真，分析其結(jié)構(gòu)模態(tài)與發(fā)電機(jī)電磁力相位相 近的階次，進(jìn)而在可實(shí)現(xiàn)的部件上添加特殊結(jié)構(gòu)改變其局部結(jié)構(gòu)模態(tài)，使其避開其與發(fā)電 機(jī)電磁力相位相近。
[0037] 具體措施如下：
[0038] 在發(fā)電機(jī)組的薄壁結(jié)構(gòu)的最外壁上添加垂直于外緣的減振降噪結(jié)構(gòu)。
[0039] -般情況下考慮最大限度提高機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子部分或定子部分都 設(shè)計(jì)有薄壁結(jié)構(gòu)，W減小重量降低機(jī)械消耗。但是薄壁部分也是最易受振動(dòng)的部分，所W針 對(duì)直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)為大尺寸薄壁結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子薄壁結(jié)構(gòu)的最 外壁添加垂直于外壁的減振降噪結(jié)構(gòu)。
[0040] 對(duì)于發(fā)電機(jī)尤其是風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其薄壁結(jié)構(gòu)多設(shè)計(jì)為轉(zhuǎn)子或定子上的薄壁圓筒。 W轉(zhuǎn)子為例，如圖1、圖2所示，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)件包括轉(zhuǎn)子連接 軸3、轉(zhuǎn)子法蘭4、轉(zhuǎn)子支架5、側(cè)立板6、薄壁圓筒7,轉(zhuǎn)子最外圍大圓為薄壁圓筒7。所W設(shè)置 于薄壁圓筒7上是減振降噪結(jié)構(gòu)為減振降噪環(huán)(實(shí)施例中包括主環(huán)1和輔助環(huán)2)。減振降噪 環(huán)垂直于薄壁圓筒7的外壁，且與薄壁圓筒7有相同的徑向走向和軸向走向，即減振降噪環(huán) 的軸向與轉(zhuǎn)子或定子的軸向一致。
[0041] 由于圓筒型薄壁結(jié)構(gòu)(如薄壁圓筒7)中間局部剛度相對(duì)較小，故更容易變形，而又 受軸線方向尺寸較小的影響W及端部結(jié)構(gòu)剛度增強(qiáng)，故容易出現(xiàn)中部凸凹的花瓣形陣型， 圖3所示為圓筒型薄壁結(jié)構(gòu)軸線方向視圖，其中花瓣形振型為實(shí)線部分，虛線為原始不變形 形狀。由于圓筒型薄壁結(jié)構(gòu)存在花瓣形模態(tài)振型，而該振型位移最大幅值為圓筒薄壁結(jié)構(gòu) 的徑向方向，該徑向方向與發(fā)電機(jī)電磁力的徑向激勵(lì)力方向一致，且徑向電磁激勵(lì)存在與 圓筒型結(jié)構(gòu)的花瓣形模態(tài)振型的頻率接近時(shí)，根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)理論，對(duì)于單自由度，即只 考慮徑向方向的強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)方程為：
[0042]
[0043] 公式中，m是質(zhì)量，C是結(jié)構(gòu)阻尼，k是結(jié)構(gòu)剛度，X是結(jié)構(gòu)位移，F(xiàn)是激勵(lì)力幅值，ω是 激勵(lì)力頻率，t是激勵(lì)力作用時(shí)間。
[0044] 振動(dòng)響應(yīng)幅值為：
[0045]
份 P
[0046] 其中/'=----為激勵(lì)頻率與結(jié)構(gòu)頻率之比，= 一為等效靜位移，ξ為阻尼比。 樹" k
[0047] 提供運(yùn)個(gè)方程是想說明機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)原理與本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)系，說明本設(shè)計(jì) 原理上是符合基本機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)規(guī)律的，而并非來源于主觀臆想。當(dāng)結(jié)構(gòu)阻尼一定的情況 下，結(jié)構(gòu)模態(tài)與外激勵(lì)的頻率和振型接近，即上式頻率比r=l時(shí)，振動(dòng)響應(yīng)幅值為隨時(shí)間發(fā) 散無限增大，對(duì)圓筒型薄壁結(jié)構(gòu)來說其徑向?qū)l(fā)生較大振動(dòng)。
[0048] 為此對(duì)于直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)薄壁結(jié)構(gòu)，改變?cè)擃愋突ò晷螐较蚰B(tài)振 型，則可W有效抑制其徑向振動(dòng)并降低其結(jié)構(gòu)噪聲。根據(jù)花瓣形模態(tài)的振型形態(tài)，對(duì)其設(shè)置 垂直于圓筒型結(jié)構(gòu)軸線方向的減振降噪環(huán)合理增強(qiáng)其局部剛度最為有效。
[0049] 雖然可W設(shè)置平行于圓筒型結(jié)構(gòu)軸線的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，但其方法會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的花瓣形 振型模態(tài)頻率漂移進(jìn)而出現(xiàn)其它頻率段的振動(dòng)噪聲問題。另外對(duì)于花瓣形模態(tài)也可W采用 施加多個(gè)垂直外壁的結(jié)構(gòu)阻尼調(diào)整器，但其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較復(fù)雜，阻尼調(diào)整范圍要求較高。故本 發(fā)明采用減振降噪環(huán)，方向與筒壁的大圓方向一致結(jié)構(gòu)(環(huán)的徑向方向與圓筒徑向一致)相 對(duì)簡(jiǎn)單并可W作用于多個(gè)頻段范圍模態(tài)振型。
[0050] 將減振降噪環(huán)分為兩組，分別稱為主環(huán)和輔助環(huán)，其結(jié)構(gòu)形式除厚度外其它可W 完全一致。
[0051] 目前采用減振降噪環(huán)方向與薄壁圓筒的大圓方向一致的結(jié)構(gòu)可W作用于多個(gè)頻 段范圍，但對(duì)于直驅(qū)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)仍然需要設(shè)置輔助環(huán)的方式來提高其結(jié)構(gòu)在高頻段 的抗振能力，如圖1中所示的兩組減振降噪環(huán)，就是一個(gè)為主環(huán)1，一個(gè)為輔助環(huán)2,平行設(shè) 置。同時(shí)為降低加工制造的復(fù)雜性，輔助環(huán)結(jié)構(gòu)形式與主環(huán)除厚度外其它可一致，輔助環(huán)的 厚度比主環(huán)??；且考慮運(yùn)輸條件邊部可去除超寬尺寸，圖1所示的減振降噪環(huán)兩側(cè)的切除 區(qū)。