CN103423098A - 一种塔筒及风力发电机组 - Google Patents

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张芹
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Abstract

本发明公开了一种塔筒，包括用于支撑风力发电机的塔筒本体(1)，所述塔筒本体(1)的外周面上设置有用于减弱其横向震动的减震部件(2)；本发明中的塔筒本体的外周面上设置有减震部件，该减震部件可以减弱风力发电机组在吊装和工作使用时因自然风的诱导而产生的横向震动(涡激震动)，既能有效地提高恶劣天气条件下风力发电机组吊装的可靠性，又可以提高塔筒的使用寿命以及风力发电机组的运行稳定性，并且本发明中塔筒本体(1)的涡激震动减弱，较小厚度的塔筒本体即可满足工作使用需求，因此可以适当减小塔筒本体的设计厚度，在一定程度上降低塔筒本体的制作成本。此外，本发明还提供一种包括上述塔筒的风力发电机组。

Description

一种塔筒及风力发电机组
技术领域
本发明涉及大型风力发电机组技术领域，特别涉及一种塔筒以及具有该塔筒的风力发电机组。
背景技术
风力发电机组是一种将风能转化为机械能的一种动力机械。
一般地，风力发电机组包括塔筒、设置于塔筒上的风力发电机以及其他零部件组成，其中，塔筒属于高耸结构，具有整机刚度小、共振频率低的特征。风电机组在塔筒吊装过程中以及在机组运行过程中，当自然风吹过圆柱形塔筒时，由于边界层分离会产生旋涡，从而出现塔筒的涡激震动(横向震动)现象；并且随着风速的不断增大，塔筒的振动会愈来愈严重。
当塔筒顶部涡流脱落的频率与整机频率一致时，整机会出现垂直于风向的横向共振。长期的共振会导致风电机组疲劳损伤，从而损伤塔筒的使用寿命，使其提前疲劳，也就是通常所说的，塔筒的实际生存寿命会远小于设计寿命。
目前，为了消除风力发电机因自然风的诱导而产生的塔架横向的破坏性振动，通常会通过增加塔筒的刚度来实现。增加塔筒的刚度虽然起到一定的减震效果，但是该方式对整机的减震效果不明显，而且会带来风力发电机组使用成本的巨大增长，极大的降低了发电机组的经济性。
因此，如何提供一种塔筒，该塔筒可以减弱风力发电机组在吊装和使用过程中自然风产生的涡激振动，从而提高塔筒的使用寿命以及风力发电机组的运行稳定性，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的为提供一种塔筒，该塔筒可以减弱风力发电机组在吊装和使用过程中自然风产生的涡激振动，从而提高塔筒的使用寿命以及风力发电机组的运行稳定性。本发明的另一目的为提供一种包括上述塔筒的风力发电机组。
为解决上述技术问题，本发明提供一种塔筒，包括用于支撑风力发电机的塔筒本体，所述塔筒本体的外周面上设置有用于减弱其横向震动的减震部件。
优选地，所述减震部件为沿所述塔筒本体的轴向延伸的阻流板。
优选地，所述阻流板呈螺旋状布置于所述塔筒本体的外周面上。
优选地，所述阻流板的数量为至少两条，且沿所述塔筒本体的圆周方向各所述阻流板彼此平行。
优选地，所述阻流板为平行所述塔筒本体的轴向的竖直立板。
优选地，各所述阻流板的横向宽度大致为所述塔筒本体顶部直径的0.1倍。
优选地，相邻所述阻流板之间设置有至少一条加强筋。
优选地，所述减震部件为布置于所述塔筒本体的外周面上的若干阻流块。
优选地，所述减震部件通过焊接方式或粘结方式或螺钉连接方式连接于所述塔筒本体的外表面。
本发明中的塔筒本体的外周面上设置有减震部件，该减震部件可以减弱风力发电机组在吊装和工作使用时因自然风的诱导而产生的横向震动(涡激震动)，既能有效地提高恶劣天气条件下风力发电机组吊装的可靠性，又可以提高塔筒的使用寿命以及风力发电机组的运行稳定性。
并且，与现有技术相比，本发明中塔筒本体的涡激震动减弱，较小厚度的塔筒本体即可满足工作使用需求，因此可以适当减小塔筒本体的设计厚度，在一定程度上可以降低塔筒本体的制作成本。
在一种优选的实施方式中，所述阻流板呈螺旋状布置于所述塔筒本体的外周面上，且沿所述塔筒本体的圆周方向各所述阻流板彼此平行
此外，本发明还提供了一种风力发电机组，包括塔筒以及设置于所述塔筒顶部的风力发电机，所述塔筒为上述任一项所述的塔筒。
因本发明的风力发电机组包括具有上述技术效果的塔筒，故该风力发电机组也具有上述塔筒的有益效果。
附图说明
图1为本发明所提供的塔筒的第一种具体实施方式的结构示意图；
图2为本发明所提供的塔筒的第二种具体实施方式的结构示意图；
图3为图2的俯视示意图；
图4为本发明所提供的塔筒的第三种具体实施方式的结构示意图；
图5为图4的俯视示意图；
图6为本发明所提供的塔筒的第四种具体实施方式的局部示意图。
其中，图1至图6中部件名称与标号之间的对应关系如下所示：
塔筒本体1、减震部件2、环向加强筋3、纵向加强筋4。
具体实施方式
本发明的核心为提供一种塔筒，该塔筒可以减弱风力发电机组在吊装和使用过程中自然风产生的涡激振动，从而提高塔筒的使用寿命以及风力发电机组的运行稳定性。本发明的另一核心为提供一种包括上述塔筒的风力发电机组。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
不失一般性，本文以塔筒在风力发电机中的应用为例进行介绍本技术方案，本领域内技术人员应当了解，也不排除该类型塔筒在其他领域中的应用。
请参考图1、图2和图3，图1为本发明所提供的塔筒的第一种具体实施方式的结构示意图；图2为本发明所提供的塔筒的第二种具体实施方式的结构示意图；图3为图2的俯视示意图。
本发明提供了一种塔筒，塔筒一般为柱状，考虑到其受力等方面的因素，在风力发电机组中，塔筒常常被设计为柱锥状，其顶部设置有平台，平台上设置有风力发电机等风力发电的必备零部件，塔筒主要起支撑作用，并且可以吸收机组的震动。
本发明中的塔筒包括用于支撑风力发电机的塔筒本体1，并且塔筒本体1的外周面上设置有用于减弱其横向震动的减震部件2，减震部件2与塔筒本体1可以是两独立部件，然后通过装配方式将两者组装为一个整体，也可以是一体式结构。
本发明中的塔筒本体1的外周面上设置有减震部件2，该减震部件2可以减弱风力发电机组在吊装和工作使用时因自然风的诱导而产生的横向震动(涡激震动)，既能有效地提高恶劣天气条件下风力发电机组吊装的可靠性，又可以提高塔筒的使用寿命以及风力发电机组的运行稳定性。
并且，与现有技术相比，本发明中塔筒本体1的涡激震动减弱，较小厚度的塔筒本体即可满足工作使用需求，因此可以适当减小塔筒本体的设计厚度，在一定程度上可以降低塔筒本体1的制作成本。
减震部件2的形状可以设计为多种形式，本文主要选择了几种比较优选的结构方式进行描述，具体内容如下所述，由于篇幅有限，其他能够实现本发明技术效果的结构本文不再一一赘述。
在一种优选的实施方式中，减震部件2为沿塔筒本体1的轴向延伸的阻流板，阻流板的数量可以根据塔筒本体1的直径和湍流强度确定，例如柱锥状的塔筒本体1，其顶部的直径尺寸比较小，该端部形成涡激震动比较严重，并且，湍流强度越大，其涡激震动的强度也就越大，因此可以根据塔筒本体1的顶部直径和湍流强度来确定阻流板的数量；阻流板可以为呈螺旋状布置于塔筒本体1的外周面上，且沿塔筒本体1的圆周方向各阻流板彼此平行，螺旋状阻流板的螺距同样可以根据塔筒本体1的顶部直径选择合适尺寸，湍流强度越大，阻流板的螺距越小，也可以增加阻流板的数目。
实验证明，当阻流板的板宽大致为塔筒本体1顶部直径的0.1倍，螺距小于等于塔筒本体1的顶部直径的5倍时，其减弱涡激震动的效果最佳。
该实施方式中，阻流板沿塔筒本体1的轴向连续延伸布置，有利于减弱塔筒本体1各处的涡激震动，对消除塔筒本体1整体的涡激震动具有比较好的效果。
请参考图1，所述阻流板的数量为至少两条，图1中针对一种具体的塔筒本体1，其上设置有三条螺旋阻流板，并且沿所述塔筒本体1的圆周方向各阻流板彼此平行，螺旋式阻流板消除涡激震动的效果比较好，当风到达塔筒后，会沿着螺旋式阻流板在圆周方向的多个角度上直接往塔筒底部脱落，从而有效避免了在塔筒本体1背风向上形成涡流脱落，并且其外形比较美观。
当然，阻流板也可以设置为其他形式，根据阻流板形状的不同，以下给出了阻流板的第二种具体实施方式。
在第二种具体实施方式中，阻流板还可以设置为平行塔筒本体1的轴向的竖直立板，立板的横向宽度的设置可以参考上述实施例中的螺旋式阻流板的设计尺寸，横向宽度为塔筒本体顶部直径的0.1倍左右；立板设置比较简单，安装比较方便。
上述实施例中，为了更好的消除塔筒本体1的涡激震动，阻流板的数量可以至少设置两条，图2所示实施例中阻流板数量为8条。
上述实施例中，各阻流板沿塔筒本体1的圆周均匀布置，该设置方式充分考虑不同风向的自然风对塔筒本体1的影响，最大化降低塔筒本体1使用过程中涡激震动，提高使用寿命。
本文还给出了减震部件2的第三种具体实施方式，与前两种具体实施方式不同，在第三种具体实施方式中，减震部件2被设计为离散状，具体描述如下。
请参考图4和图5，图4为本发明所提供的塔筒的第三种具体实施方式的结构示意图；图5为图4的俯视示意图。
在第三种具体实施方式中，减震部件2为布置于所述塔筒本体1的外周面上的若干阻流块，阻流块于塔筒本体的布置形式可以参考图4和图5所示，当然也可以采取其他布置形式，在此不做详述；阻流块设计加工更加简单，便于运输和存储。
请参考图6，图6为本发明所提供的塔筒的第四种具体实施方式的局部示意图。
进一步地，相邻阻流板之间设置有至少一条加强筋，加强筋的设置方式可以由多种形式，根据其延伸方向的不同，可以分为大致沿塔筒本体1的周向布置的环向加强筋3和大致沿塔筒本体1的轴向布置的纵向加强筋3，纵向加强筋3可以连接两个或同一个阻流板的两段，也可以连接两个相邻环向加强筋3；各加强筋的数量可以跟塔筒本体1以及阻流板的实际使用情况设置。
加强筋的布置可以进一步增强阻流板的强度和刚度，避免阻流板的使用变形。
上述各实施例中，减震部件2可以通过焊接方式焊接于塔筒本体1的外表面上，该方式连接比较牢固，也可以通过粘结方式或螺钉连接方式连接于塔筒本体1的外表面，粘结或螺钉连接对塔筒本体1的变形影响比较小，不影响塔筒本体1的刚度和强度。
在上述塔筒的基础上，本发明还提供了一种风力发电机组，包括塔筒以及设置于所述塔筒顶部的风力发电机，所述塔筒为上述任意实施例所述的塔筒。
因本发明的风力发电机组包括具有上述技术效果的塔筒，故该风力发电机组也具有上述塔筒的有益效果。
风力发电机组其他方面的结构请参考现有资料，在此不做赘述。
以上对本发明所提供的一种塔筒及风力发电机组进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种塔筒，包括用于支撑风力发电机的塔筒本体(1)，其特征在于，所述塔筒本体(1)的外周面上设置有用于减弱其横向震动的减震部件(2)。
2.如权利要求1所述的塔筒，其特征在于，所述减震部件(2)为沿所述塔筒本体(1)的轴向延伸的阻流板。
3.如权利要求2所述的塔筒，其特征在于，所述阻流板呈螺旋状布置于所述塔筒本体(1)的外周面上。
4.如权利要求2所述的塔筒，其特征在于，所述阻流板的数量为至少两条，且沿所述塔筒本体(1)的圆周方向各所述阻流板彼此平行。
5.如权利要求4所述的塔筒，其特征在于，所述阻流板为平行所述塔筒本体(1)的轴向的竖直立板。
6.如权利要求2至5任一项所述的塔筒，其特征在于，各所述阻流板的横向宽度大致为所述塔筒本体(1)顶部直径的0.1倍。
7.如权利要求6所述的塔筒，其特征在于，相邻所述阻流板之间设置有至少一条加强筋。
8.如权利要求1所述的塔筒，其特征在于，所述减震部件(2)为布置于所述塔筒本体(1)的外周面上的若干阻流块。
9.如权利要求1所述的塔筒，其特征在于，所述减震部件(2)通过焊接方式或粘结方式或螺钉连接方式连接于所述塔筒本体(1)的外表面。
10.一种风力发电机组，包括塔筒以及设置于所述塔筒顶部的风力发电机，其特征在于，所述塔筒为权利要求1至9任一项所述的塔筒。
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